DE112020003368T5

DE112020003368T5 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112020003368T5
Application number: DE112020003368.6T
Authority: DE
Inventors: Takashi Miyamoto; Yoshiyuki Akiyama; Toru Akishita; Harunaga Hiwatari
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp; Sony Group Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp; Sony Group Corp
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2022-04-07
Also published as: US20220291380A1; WO2021009997A1; JPWO2021009997A1; CN114174858A

Abstract

Eine Aufgabe besteht darin, Maßnahmen gegen eine fehlerhafte Messung von Abstandsmessinformationen basierend auf einer Laserlichtquelle effektiv zu ergreifen. Daher enthält eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Technologie eine Bildgebungseinheit, die ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das reflektiertes Licht eines von einer spezifischen Laserlichtquelle emittierten Lichts, das von einem Objekt reflektiert wurde, empfängt und eine fotoelektrische Umwandlung durchführt, und eine Steuerungseinheit, die eine Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ausführt, um zu bestimmen, ob das vom fotoelektrischen Umwandlungselement empfangene Licht das von der spezifischen Laserlichtquelle emittierte Licht ist oder nicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die eine Abstandsmessung durchführt.
HINTERGRUNDTECHNIK
Es gibt eine Abstandsmessvorrichtung, die die Ausgabe fehlerhafter Abstandsmessinformationen mit einer einfachen Konfiguration verhindern kann (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Diese Abstandsmessvorrichtung überlagert unter Verwendung einer Hardware-Logikschaltung, die eine Zufallszahl erzeugt, die schwer zu duplizieren oder zu imitieren, ein Signal eines Seitenkanals auf einem Signal eines Hauptkanals, das genutzt wird, um einen relativen Abstand zu einem Objekt zu messen. Eine Vergleichsverifizierungseinheit kollationiert übertragungsseitige Seitenkanaldaten mit empfangsseitigen Seitenkanaldaten bzw. gleicht diese ab und verifiziert die Ähnlichkeit, um eine Zuverlässigkeit bzw. Gültigkeit eines Empfangssignals zu bestätigen.
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2018-194297
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
In der im Patentdokument 1 beschriebenen Erfindung wird jedoch eine LED als Lichtquelle verwendet, die zur Abstandsmessung notwendig ist, und die im Patentdokument 1 beschriebene Erfindung ist in einem Fall, in dem ein Laserresonator als Lichtquelle verwendet wird, nicht geeignet. In einer realen Umgebung, in der verschiedene Stör- bzw. Rauschquellen vorhanden sind, sind eine enorme Anzahl an Messungen und eine Signalverarbeitung erforderlich. Daher ist es schwierig, aus einem schwachen Seitenkanalsignal die Ähnlichkeit mit hoher Geschwindigkeit zu verifizieren.
Daher besteht eine Aufgabe darin, basierend auf einer Laserlichtquelle Maßnahmen gegen Abstandsmessinformationen einer fehlerhaften Messung zu ergreifen.
LÖSUNGEN FÜR DIE PROBLEME
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Technologie enthält eine Bildgebungseinheit, die ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das reflektiertes Licht eines von einer spezifischen Laserlichtquelle emittierten Lichts, das von einem Objekt reflektiert wurde, empfängt und eine fotoelektrische Umwandlung durchführt, und eine Steuerungseinheit, die eine Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ausführt, um zu bestimmen, ob das vom fotoelektrischen Umwandlungselement empfangene Licht das von der spezifischen Laserlichtquelle emittierte Licht ist oder nicht.
Falls beispielsweise eine Abstandsmessung unter Verwendung der spezifischen Laserlichtquelle durchgeführt wird, bestimmt die Steuerungseinheit, dass das empfangene Licht reflektiertes Licht des von der spezifischen Laserlichtquelle emittierten Lichts ist.
Das fotoelektrische Umwandlungselement in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung enthält ein erstes fotoelektrisches Umwandlungselement, und das erste fotoelektrische Umwandlungselement kann mit zumindest vier Ladungsakkumulationseinheiten verbunden sein, zu denen Ladungen übertragen werden, die in verschiedenen Perioden im ersten fotoelektrischen Umwandlungselement akkumuliert werden.
Als Ergebnis kann eine Lichtempfangswellenform basierend auf einer Wellenform des von einer Laserlichtquelle emittierten Lichts erhalten werden.
Das fotoelektrische Umwandlungselement in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung enthält ein zweites fotoelektrisches Umwandlungselement, und die Anzahl der Ladungsakkumulationseinheiten, die mit dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungselement verbunden sind, kann geringer als die Anzahl der mit dem ersten fotoelektrischen Umwandlungselement verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten sein.
Beispielsweise wird das zweite fotoelektrische Umwandlungselement zur Abstandsmessung verwendet.
Die Anzahl der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann größer als die Anzahl der ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente sein.
Infolgedessen wird die Anzahl an mit den fotoelektrischen Umwandlungselementen verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten sind.
Die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung können an einer Außenseite einer Gruppe der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente angeordnet sein.
Infolgedessen können die zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente dicht angeordnet werden.
Das erste fotoelektrische Umwandlungselement in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verwendet und auch zur Abstandsmessung verwendet werden.
Infolgedessen können vom ersten fotoelektrischen Umwandlungselement empfangene Lichtempfangsdaten effektiv genutzt werden.
Das erste fotoelektrische Umwandlungselement in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung genutzt werden, und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement kann zur Abstandsmessung genutzt werden.
Das heißt, einige fotoelektrische Umwandlungselemente werden für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung genutzt.
Bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann eine Bestimmung basierend auf einer ansteigenden Wellenform der Laserlichtquelle vorgenommen werden.
Die ansteigende Wellenform des von der Laserlichtquelle emittierten Lichts ist basierend auf einem Laserresonator, der Laserlicht erzeugt, individuell verschieden. Für eine andere Person als einen Hersteller der Laserlichtquelle ist es schwierig, die ansteigende Wellenform zu duplizieren.
Bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann eine Bestimmung basierend auf einer Lichtempfangs-Spotform des von der Laserlichtquelle emittierten Lichts vorgenommen werden.
Die Lichtempfangs-Spotform wird auf der Basis einer räumlichen Positionsbeziehung zwischen der Laserlichtquelle, dem Objekt und der Bildgebungseinheit bestimmt.
Die oben beschriebene Halbleitervorrichtung kann eine Beleuchtungseinheit enthalten, die die spezifische Laserlichtquelle enthält.
Indem man die spezifische Laserlichtquelle und die Bildgebungseinheit integriert, wird eine Positionsbeziehung zwischen der spezifischen Laserlichtquelle und der Bildgebungseinheit konstant festgelegt bzw. fixiert.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann Laserlicht mit einer ersten Wellenform und Laserlicht mit einer von der ersten Wellenform verschiedenen zweiten Wellenform abstrahlen.
Infolgedessen kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Verwendung sowohl der ersten Wellenform als auch der zweiten Wellenform ausgeführt werden.
In der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung können Lichtintensitäten der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform zur Zeit der Bestrahlung voneinander verschieden sein.
Infolgedessen kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Lichtintensität ausgeführt werden.
In der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung können sich Anstiegsformen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander unterscheiden.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Verwendung der Anstiegsformen sowohl der ersten Wellenform als auch der zweiten Wellenform auszuführen.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann die erste Wellenform und die zweite Wellenform in einer zufälligen Reihenfolge abstrahlen.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung einer Erscheinungsreihenfolge der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform auszuführen.
In der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung können sich Zeitlängen einer Lichtemission bzw. Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander unterscheiden.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform auszuführen.
In der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung können sich Zeitlängen ohne Lichtemission bzw. Nicht-Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander unterscheiden.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Nicht-Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform auszuführen.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann spotartiges Laserlicht emittieren, dessen Bestrahlungsbereich gleich einem Viertel eines Abbildungsbereichs der Bildgebungseinheit oder geringer ist.
Infolgedessen kann, selbst wenn die Spotform des auf das Objekt gestrahlten Lichts modifiziert wird und die Breite verdoppelt wird, die Spotform innerhalb des Abbildungsbereichs liegen.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann Laserlicht mit einer spiegelsymmetrischen oder punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren.
Dies macht es einfach, spotartiges Laserlicht zu realisieren.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann Laserlicht mit einer nicht spiegelsymmetrischen oder nicht punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren.
Dies macht es schwierig, das spotartige Laserlicht nachzuahmen.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann ein Punktmuster emittieren, in dem eine Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen unregelmäßig angeordnet ist.
Infolgedessen kann die Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen durch eine einmalige Abbildung mittels der Bildgebungseinheit detektiert werden.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann ein Punktmuster emittieren, in dem die Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen regelmäßig angeordnet ist.
Dies macht es einfach, dass Punktmuster zu erzeugen.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann ein Punktmuster emittieren, in dem spotartige Laserlichtstrahlen, deren Anzahl gleich einem Viertel der Anzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente oder geringer ist, angeordnet sind.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Lichtempfangs-Spotform entsprechend jedem Spotlichtstrahl, der das Punktmuster bildet, auszuführen.
Die Beleuchtungseinheit in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung kann die spezifische Laserlichtquelle so bestrahlen, dass Laserlicht mit einer Spotform, die kleiner als der Abbildungsbereich der Bildgebungseinheit ist, eine spezifische Trajektorie innerhalb des Abbildungsbereichs zeichnet.
Infolgedessen kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung anhand der spezifischen Trajektorie, das heißt einer Scan-Trajektorie, ausgeführt werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Systemkonfigurationsbeispiel einer Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungselements veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Einheitspixels als Ersatzschaltung veranschaulicht.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Einheitspixels veranschaulicht.
5 ist ein Beispiel eines Zeitablaufdiagramms einer Erzeugung eines Abstandsbildes.
6 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenform eines Pixel-Signals schematisch veranschaulicht.
7 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtintensität eines Laserresonators veranschaulicht.
8 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtintensität eines Laserresonators in einem ersten Lichtemissionsmodus veranschaulicht.
9 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer zeitlichen Änderung der Lichtintensität des Laserresonators im ersten Lichtemissionsmodus veranschaulicht.
10 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtintensität eines Laserresonators in einem zweiten Lichtemissionsmodus veranschaulicht.
11 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer zeitlichen Änderung der Lichtintensität des Laserresonators im zweiten Lichtemissionsmodus veranschaulicht.
12 ist ein Flussdiagramm eines ersten Beispiels einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
13 ist eine grafische Darstellung, die eine Referenzbedingung im ersten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
14 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer normalen Lichtempfangswellenform veranschaulicht, die im ersten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung als gültig bestimmt wird.
15 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer anormalen Lichtempfangswellenform veranschaulicht, die im ersten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung als ungültig bestimmt wird.
16 ist eine grafische Darstellung, die ein anderes Beispiel der anormalen Lichtempfangswellenform veranschaulicht, die im ersten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung als ungültig bestimmt wird.
17 ist eine grafische Darstellung, die noch ein weiteres Beispiel der anormalen Lichtempfangswellenform veranschaulicht, die im ersten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung als ungültig bestimmt wird.
18 ist ein Diagramm, das eine Systemkonfiguration einer Bildgebungsvorrichtung in einem zweiten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
19 ist ein Flussdiagramm des zweiten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
20 ist ein Flussdiagramm einer Modifikation des zweiten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
21 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenform eines Lichts veranschaulicht, das in einem dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung abgestrahlt wird.
22 ist eine grafische Darstellung, die ein weiteres Beispiel der Wellenform des Lichts veranschaulicht, das im dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung abgestrahlt wird.
23 ist eine grafische Darstellung, die noch ein weiteres Beispiel der Wellenform des Lichts veranschaulicht, das im dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung abgestrahlt wird.
24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bestrahlungssignals und eine Bestrahlungswellenform im dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
25 ist ein schematisches Blockdiagramm in einem vierten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
26 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Bestrahlungswellenform, einer Lichtempfangswellenform und einer akkumulierten Ladungsmenge im vierten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
27 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Lichtempfangswellenform und einer Ladungsakkumulationsmenge veranschaulicht.
28 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Bestrahlungssignal, einem Referenzsignal und einer Ladungsmenge in jeder Ladungsakkumulationsperiode im vierten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
29 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Bestrahlungssignal und einem Referenzsignal in einem fünften Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
30 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Bestrahlungssignal und einem Referenzsignal in einem sechsten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
31 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Bestrahlungssignal und einem Referenzsignal in einer Modifikation des sechsten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
32 ist ein Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel erster fotoelektrischer Umwandlungselemente und zweiter fotoelektrischer Umwandlungselemente in einem siebten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
33 ist ein Diagramm, das ein anderes Anordnungsbeispiel der ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente und zweiten fotoelektrische Umwandlungselemente im siebten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
34 ist ein Flussdiagramm eines ersten Beispiels eines achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
35 ist ein Flussdiagramm eines zweiten Beispiels des achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
36 ist ein Flussdiagramm eines dritten Beispiels des achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
37 ist ein Flussdiagramm eines vierten Beispiels des achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
38 ist ein Diagramm, das eine Systemkonfiguration einer Bildgebungsvorrichtung in einem neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
39 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Signalverarbeitungsschaltung im neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
40 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters eines Laserlichts im neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
41 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters von einer anderen Lichtquelle im neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
42 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Fleck- bzw. Spotform des Laserlichts im neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
43 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines von einer Beleuchtungseinheit abgestrahlten Punktmusters veranschaulicht.
44 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel des von der Beleuchtungseinheit abgestrahlten Punktmusters veranschaulicht.
45 ist ein Diagramm, das noch ein weiters Beispiel des von der Beleuchtungseinheit abgestrahlten Punktmusters veranschaulicht.
46 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Lichtempfangs-Punktmusters veranschaulicht, wenn Laserlicht von einer gültigen Lichtquelle emittiert wird.
47 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Lichtempfangs-Punktmusters veranschaulicht, wenn Laserlicht von einer ungültigen Lichtquelle emittiert wird.
48 ist ein Flussdiagramm eines zehnten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
49 ist ein Beispiel eines Lichtempfangs-Punktmusters, das in einem elften Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung als ungültig bestimmt wird.
50 ist ein anderes Beispiel des Lichtempfangs-Punktmusters, das im elften Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung als ungültig bestimmt wird.
51 ist ein Diagramm, das eine Form eines gültigen Lichtempfangs-Spotlichts in einem zwölften Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
52 ist ein Diagramm, das eine Form eines ungültigen Lichtempfangs-Spotlichts im zwölften Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
53 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines gültigen Lichtempfangs-Punktmusters veranschaulicht.
54 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines ungültigen Lichtempfangs-Punktmusters in einem dreizehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
55 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des ungültigen Lichtempfangs-Punktmusters im dreizehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
56 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines ungültigen Lichtempfangs-Punktmusters in einem vierzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
57 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines ungültigen Lichtempfangs-Punktmusters in einem fünfzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
58 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Positionen und Haltungen bzw. Lagen einer Bildgebungsvorrichtung und einer weiteren Bildgebungsvorrichtung in einer Ausführungsform im fünfzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
59 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines ungültigen Lichtempfangs-Punktmusters in einem sechzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
60 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Bildgebungselements, das ein SPAD-Element nutzt, in einem siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
61 ist eine Querschnittsansicht eines SPAD-Pixels im siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
62 ist eine Draufsicht des SPAD-Pixels im siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
63 ist ein Diagramm, das eine Trajektorie einer gültigen Laserlichtquelle im siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
64 ist ein Diagramm, das eine Trajektorie einer ungültigen Laserlichtquelle im siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
65 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Trajektorie der gültigen Laserlichtquelle im siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.
66 ist ein Diagramm, das noch ein weiteres Beispiel der Trajektorie der gültigen Laserlichtquelle im siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung veranschaulicht.

MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden hierin Ausführungsformen in der folgenden Reihenfolge beschrieben.

<1. Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung>
<1-1. Gesamtkonfiguration>
<1-2. Konfiguration eines Bildgebungselements>
<1-3. Konfiguration eines Einheitspixels>
<2. Abstandsbilderzeugungsverfahren>
<3. Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-1. Ansteigende Wellenform eines Laserlichts>
<3-2. Erstes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-3. Zweites Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-4. Drittes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-5. Viertes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-6. Fünftes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-7. Sechstes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-8. Siebtes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-9. Achtes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-10. Neuntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-11. Zehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-12. Elftes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-13. Zwölftes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-14. Dreizehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-15. Vierzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-16. Fünfzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-17. Sechzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-18. Siebzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<4. Zusammenfassung>
<5. Die vorliegende Technologie>

<1. Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung>
<1-1. Gesamtkonfiguration>
Ein Blockdiagramm einer Bildgebungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in 1 veranschaulicht. Die Bildgebungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die ein Abstandsbild beispielsweise unter Verwendung des Laufzeit-(ToF-)Verfahrens aufnimmt. Das Abstandsbild bezeichnet hier ein Bild, das ein Abstands-Pixel-Signal basierend auf einem Abstand eines Objekts von der Bildgebungsvorrichtung 1 in einer für jedes Pixel detektierten Tiefenrichtung enthält.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 enthält eine Beleuchtungseinheit 2, eine Bildgebungseinheit 3, eine Steuerungseinheit 4, eine Anzeigeeinheit 5 und eine Speichereinheit 6.
Die Beleuchtungseinheit 2 enthält eine Beleuchtungssteuerungseinheit 2a und eine Laserlichtquelle 2b. Die Beleuchtungssteuerungseinheit 2a steuert ein Muster, in dem die Laserlichtquelle 2b auf der Basis einer Steuerung durch die Steuerungseinheit 4 Bestrahlungslicht (Laserlicht) emittiert. Konkret steuert die Beleuchtungssteuerungseinheit 2a ein Muster, in dem die Laserlichtquelle 2b das Bestrahlungslicht gemäß einem Bestrahlungscode emittiert, der in einem von der Steuerungseinheit 4 bereitgestellten Bestrahlungssignal enthalten ist.
Der Bestrahlungscode enthält beispielsweise zwei, Eins (hoch) und Null (niedrig) umfassende Werte und die Beleuchtungssteuerungseinheit 2a führt eine Steuerung durch, um die Laserlichtquelle 2b einzuschalten, wenn der Wert des Bestrahlungscodes Eins ist, und die Laserlichtquelle 2b auszuschalten, wenn der Wert des Bestrahlungscodes Null ist.
Die Laserlichtquelle 2b emittiert Licht unter Verwendung eines Laserresonators (Lichtresonators) auf der Basis der Steuerung durch die Beleuchtungssteuerungseinheit 2a. Es ist wünschenswert, als das von der Laserlichtquelle 2b emittierte Laserlicht Nahinfrarotlicht zu verwenden, das für das bloße Auge unsichtbar oder kaum sichtbar ist und für das unter Verwendung von kostengünstigem Silizium ein Lichtempfangssensor hergestellt werden kann. Jedoch kann Licht im Ferninfrarot, sichtbares Licht, ultraviolettes Licht oder dergleichen verwendet werden.
Als der in der Laserlichtquelle 2b enthaltene Laserresonator wird zum Beispiel ein Halbleiterlaser (Diodenlaser) verwendet. Jedoch kann ein Festkörperlaser, ein Flüssigkeitslaser, ein Gaslaser oder dergleichen verwendet werden.
Als der Halbleiterlaser kann ein kantenemittierender Laser (EEF), der eine Struktur aufweist, in der ein Resonator parallel zu einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine spaltseitige Oberfläche Licht emittiert, ein oberflächenemittierender Laser (SEL), der eine Struktur aufweist, in der Licht in einer Richtung senkrecht zu einem Halbleitersubstrat emittiert wird, ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL), der ein oberflächenemittierender Laser ist, in dem ein Resonator so ausgebildet ist, dass er senkrecht zu einem Halbleitersubstrat ist, ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem externem Hohlraum (VECSEL), der einen Resonator außerhalb aufweist, oder dergleichen verwendet werden.
Die Bildgebungseinheit 3 enthält eine Linse 3a, ein Bildgebungselement 3b und eine Signalverarbeitungsschaltung 3c.
Die Linse 3a erzeugt ein Bild eines einfallenden Lichts auf einer Abbildungs- bzw. Bildgebungsoberfläche des Bildgebungselements 3b. Die Linse 3a kann jede beliebige Konfiguration aufweisen und kann beispielsweise eine Vielzahl an Linsengruppen enthalten.
Das Bildgebungselement 3b enthält beispielsweise einen Bildsensor aus einem komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS), der das ToF-Verfahren nutzt. Das Bildgebungselement 3b bildet Objekte 100 und 101 auf der Basis der Steuerung durch die Steuerungseinheit 4 ab und stellt der Signalverarbeitungsschaltung 3c ein als Ergebnis der Abbildung erhaltenes Bildsignal bereit.
Das Bildgebungselement 3b erzeugt konkret ein Pixel-Signal, das eine Korrelation zwischen einem von der Steuerungseinheit 4 bereitgestellten Referenzsignal und einem Empfangslicht angibt, das reflektiertes Licht enthält, das erhalten wird, indem das von der Laserlichtquelle 2b abgestrahlte Bestrahlungslicht von den Objekten 100 und 101 oder dergleichen reflektiert wird, und stellt der Signalverarbeitungsschaltung 3c das Pixel-Signal bereit.
Man beachte, dass das Referenzsignal einen Referenzcode enthält, der ein Muster angibt, das genutzt wird, um die Korrelation mit dem Empfangslicht zu detektieren.
Die Signalverarbeitungsschaltung 3c verarbeitet das vom Bildgebungselement 3b bereitgestellte Pixel-Signal auf der Basis der Steuerung durch die Steuerungseinheit 4. Beispielsweise erzeugt die Signalverarbeitungsschaltung 3c ein Abstandsbild auf der Basis des vom Bildgebungselement 3b bereitgestellten Pixel-Signals.
Die Signalverarbeitungsschaltung 3c stellt der Steuerungseinheit 4 das erzeugte Abstandsbild bereit.
Die Steuerungseinheit 4 enthält zum Beispiel eine Steuerungsschaltung wie etwa ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder einen Digitalsignalprozessor (DSP), einen Prozessor oder dergleichen. Die Steuerungseinheit 4 steuert die Beleuchtungssteuerungseinheit 2a, das Bildgebungselement 3b und die Signalverarbeitungsschaltung 3c.
Die Steuerungseinheit 4 stellt darüber hinaus der Anzeigeeinheit 5das von der Bildgebungseinheit 3 erfasste Abstandsbild bereit und zeigt das Abstandsbild auf der Anzeigeeinheit 5 an.
Außerdem veranlasst die Steuerungseinheit 4, dass die Speichereinheit 6 das von der Bildgebungseinheit 3 erfasste Abstandsbild speichert.
Darüber hinaus gibt die Steuerungseinheit 4 das von der Bildgebungseinheit 3 erfasste Abstandsbild nach außen aus.
Die Anzeigeeinheit 5 enthält eine Anzeigevorrichtung vom Panel-Typ, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Anzeigevorrichtung mit organischer Elektrolumineszenz (EL) oder dergleichen.
Die Speichereinheit 6 kann eine beliebige Speichervorrichtung, ein Speichermedium oder dergleichen enthalten und speichert das Abstandsbild oder dergleichen.
Außerdem ist in jeder in der Bildgebungsvorrichtung 1 enthaltenen Einheit jede Einheit, die genutzt wird, um verschiedene Verarbeitungsarten auszuführen, vorgesehen.
<1-2. Konfiguration eines Bildgebungselements>
In 2 ist eine Konfiguration des Bildgebungselements 3b veranschaulicht.
Das Bildgebungselement 3b enthält eine Pixel-Arrayeinheit 7, eine vertikale Ansteuereinheit 8, eine Spalten-Verarbeitungseinheit 9, eine horizontale Ansteuereinheit 10, eine System-Steuerungseinheit 11, Pixel-Ansteuerleitungen 12, vertikale Signalleitungen 13, eine Signalverarbeitungseinheit 14 und eine Datenspeichereinheit 15.
Die Pixel-Arrayeinheit 7 enthält ein Pixel, das ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das gemäß einer Menge des vom Objekt eingetretenen reflektierten Lichts Ladungen erzeugt und akkumuliert. Die in der Pixel-Arrayeinheit 7 enthaltenen Pixel sind in einem in 2 veranschaulichten zweidimensionalen Array in einer Reihen-Richtung und einer Spalten-Richtung angeordnet.
In der Pixel-Arrayeinheit 7 ist beispielsweise die Pixel-Ansteuerleitung 12 entlang der Reihen-Richtung für jede Pixel-Reihe angeordnet, die in der Reihen-Richtung angeordnete Pixel enthält, und ist die vertikale Signalleitung 13 entlang der Spalten-Richtung für jede Pixel-Spalte angeordnet, die in der Spalten-Richtung angeordnete Pixel enthält.
Die vertikale Ansteuereinheit 8 enthält ein Schieberegister, einen Adressdecodierer oder dergleichen und stellt jedem Pixel über die Vielzahl an Pixel-Ansteuerleitungen 12 Signale oder dergleichen bereit. All die Pixel oder die Pixel in einer Reihen-Einheit der Pixel-Arrayeinheit 7 werden auf der Basis des bereitgestellten Signals gleichzeitig angesteuert.
Die Spalten-Verarbeitungseinheit 9 liest Signale von jedem Pixel über die vertikale Signalleitung 13 für jede Pixel-Spalte der Pixel-Arrayeinheit 7, führt eine Verarbeitung zur Rauschunterdrückung, eine Verarbeitung einer korrelierten Doppelabtastung, eine Verarbeitung zur Analog-Digital-(A/D-)Umwandlung oder dergleichen aus und erzeugt ein Pixel-Signal.
Die horizontale Ansteuereinheit 10 enthält ein Schieberegister, einen Adressdecodierer oder dergleichen und wählt sequentiell eine Einheitsschaltung entsprechend der Pixel-Spalten der Spalten-Verarbeitungseinheit 9 aus. Durch eine Auswahlabtastung mittels der horizontalen Ansteuereinheit 10 wird das Pixel-Signal, an dem die Signalverarbeitung durch die Spalten-Verarbeitungseinheit 9 für jede Einheitsschaltung ausgeführt wurde, an die Signalverarbeitungseinheit 14 sequentiell abgegeben.
Die System-Steuerungseinheit 11 enthält einen Zeitsteuerungsgenerator oder dergleichen, der verschiedene Zeitsteuerungssignale erzeugt, und steuert die vertikale Ansteuereinheit 8, die Spalten-Verarbeitungseinheit 9 und die horizontale Ansteuereinheit 10 auf der Basis des durch den Zeitsteuerungsgenerator erzeugten Zeitsteuerungssignals an und steuert diese. Die Signalverarbeitungseinheit 14 führt eine Signalverarbeitung wie etwa eine Berechnungsverarbeitung an dem von der Spalten-Verarbeitungseinheit 9 bereitgestellten Pixel-Signal aus, während Daten in der Datenspeichereinheit 15 nach Bedarf vorübergehend gespeichert werden, und gibt das in jedem Pixel-Signal enthaltene Bildsignal ab.
<1-3. Konfiguration eines Einheitspixels>
Ein Konfigurationsbeispiel des Einheitspixels wird mit Verweis auf 3 beschrieben. Man beachte, dass 3 eine Ersatzschaltung des Einheitspixels ist.
Ein Einheitspixel 16, das die Pixel-Arrayeinheit 7 des Bildgebungselements 3b bildet, enthält ein fotoelektrisches Umwandlungselement 17, Übertragungstransistoren 18a und 18b, Floating-Diffusionseinheiten (FD) 20a und 20b, Rücksetztransistoren 22 und 23, einen Auswahltransistor 24 und Verstärkungstransistoren 25 und 26.
Man beachte, dass in 3 ein Beispiel veranschaulicht ist, in dem N-Kanal-MOS-Transistoren als die Rücksetztransistoren 22 und 23, der Auswahltransistor 24 und die Verstärkungstransistoren 25 und 26 verwendet werden. Jedoch ist eine Kombination von Leitfähigkeitstypen der Rücksetztransistoren 22 und 23, des Auswahltransistors 24 und der Verstärkungstransistoren 25 und 26 nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Das fotoelektrische Umwandlungselement 17 enthält beispielsweise eine eingebettete Fotodiode. Konkret wird mit Verweis auf 4 eine Beschreibung vorgenommen.
Das fotoelektrische Umwandlungselement 17 wird gebildet, indem eine Schicht 28 vom p-Typ auf einer Seite einer Substratoberfläche eines Halbleitersubstrats 27 vom p-Typ ausgebildet und eine Einbettungsschicht 29 vom n-Typ eingebettet wird.
Der Übertragungstransistor 18a enthält eine Gateelektrode 19a. Die Gateelektrode 19a ist so ausgebildet, dass sie ein Gebiet zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungselement 17 und der FD 20a über einen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 27 ausgebildeten Isolierungsfilm 30 bedeckt.
Ein Übertragungssignal TXa wird über die Pixel-Ansteuerleitung 12 der Gateelektrode 19a von der vertikalen Ansteuereinheit 8 bereitgestellt. Wenn eine Spannung des Übertragungssignals TXa auf einen vorbestimmten hohen Pegel gesetzt wird und der Übertragungstransistor 18a in einem leitfähigen Zustand ist, wird die durch das fotoelektrische Umwandlungselement 17 erzeugte Ladung über den Übertragungstransistor 18a zur FD 20a übertragen.
Der Übertragungstransistor 18b enthält eine Gateelektrode 19b. Die Gateelektrode 19b ist so ausgebildet, dass sie ein Gebiet zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungselement 17 und der FD 20b über den auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 27 ausgebildeten Isolierungsfilm 30 bedeckt.
Ein Übertragungssignal TXb wird der Gateelektrode 19b über die Pixel-Ansteuerleitung 12 von der vertikalen Ansteuereinheit 8 bereitgestellt. Wenn eine Spannung des Übertragungssignals TXb auf einen vorbestimmten hohen Pegel gesetzt wird und der Übertragungstransistor 18b in einem leitfähigen Zustand ist, wird die durch das fotoelektrische Umwandlungselement 17 erzeugte Ladung über den Übertragungstransistor 18b zu der FD 20b übertragen.
Man beachte, dass angenommen wird, dass das Übertragungssignal TXa dasselbe Signal wie das Referenzsignal ist, das der System-Steuerungseinheit 11 von der Steuerungseinheit 4 bereitgestellt wird, und das Übertragungssignal TXb ein Signal ist, das erhalten wird, indem ein Bit des Referenzsignals invertiert wird. Daher werden die durch das fotoelektrische Umwandlungselement 17 erzeugten Ladungen auf die FDs 20a und 20b verteilt.
Wenn eine Korrelation zwischen dem in das fotoelektrische Umwandlungselement 17 eintretenden Empfangslicht und dem Referenzsignal höher ist, nimmt die Ladungsmenge, die zur FD 20a übertragen und darin akkumuliert wird, zu, wird die Ladungsmenge, die zur FD 20b übertragen und darin akkumuliert wird, verringert und nimmt eine Differenz zwischen den Ladungsmengen zu.
Wenn auf der anderen Seite die Korrelation zwischen dem in das fotoelektrische Umwandlungselement 17 eintretenden Empfangslicht und dem Referenzsignal geringer ist, wird die Ladungsmenge, die zur FD 20a übertragen und darin akkumuliert wird, verringert, wird die Ladungsmenge, die zur FD 20b übertragen und darin akkumuliert wird, erhöht und nimmt die Differenz zwischen den Ladungsmengen ab.
Mit Ausnahme eines Teils einer oberen Seite der FD 20a und eines Teils einer oberen Seite der FD 20b ist der Isolierungsfilm 30 so ausgebildet, dass er eine gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 27 bedeckt.
Mit Ausnahme einer oberen Seite des fotoelektrischen Umwandlungselements 17, eines Teils der oberen Seite der FD 20a und eines Teils der oberen Seite der FD 20b ist ein lichtabschirmender Vorhang 31 so ausgebildet, dass er einen gesamten oberen Bereich des Halbleitersubstrats 27 abdeckt.
Die FD 20a akkumuliert die über den Übertragungstransistor 18a vom fotoelektrischen Umwandlungselement 17 übertragenen Ladungen und wandelt die akkumulierten Ladungen in eine Spannung um.
Die FD 20b akkumuliert die über den Übertragungstransistor 18b vom fotoelektrischen Umwandlungselement 17 übertragenen Ladungen und wandelt die akkumulierten Ladungen in eine Spannung um.
Eine Drainelektrode des Rücksetztransistors 22 ist mit einer Pixel-Stromversorgung Vdd verbunden, und eine Sourceelektrode ist mit Gateelektroden der FD 20a und des Verstärkungstransistors 25 verbunden.
Ein Rücksetzsignal RSTa wird einer Gateelektrode des Rücksetztransistors 22 über die Pixel-Ansteuerleitung 12 von der vertikalen Ansteuereinheit 8 bereitgestellt. Wenn eine Spannung des Rücksetzsignals RSTa auf einen vorbestimmten hohen Pegel gesetzt wird und der Rücksetztransistor 22 eingeschaltet wird, wird die FD 20a zurückgesetzt und werden die Ladungen aus der FD 20a abgeführt.
Eine Drainelektrode des Rücksetztransistors 23 ist mit der Pixel-Stromversorgung Vdd verbunden, und eine Sourceelektrode ist mit Gateelektroden der FD 20b und des Verstärkungstransistors 26 verbunden.
Ein Rücksetzsignal RSTb wird einer Gateelektrode des Rücksetztransistors 23 von der vertikalen Ansteuereinheit 8 über die Pixel-Ansteuerleitung 12 bereitgestellt. Wenn eine Spannung des Rücksetzsignals RSTb auf einen vorbestimmten hohen Pegel gesetzt wird und der Rücksetztransistor 23 eingeschaltet wird, wird die FD 20b zurückgesetzt und werden die Ladungen aus der FD 20b abgeführt.
Eine Drainelektrode des Auswahltransistors 24 ist mit der Pixel-Stromversorgung Vdd verbunden, und eine Sourceelektrode ist mit einer Drainelektrode des Verstärkungstransistors 25 verbunden.
Eine Sourceelektrode des Verstärkungstransistors 25 ist mit der vertikalen Signalleitung 13 verbunden. Diese vertikale Signalleitung ist als 13a bezeichnet.
Eine Sourceelektrode des Verstärkungstransistors 26 ist mit der vertikalen Signalleitung 13 verbunden. Diese vertikale Signalleitung ist als 13b bezeichnet.
Ein Auswahlsignal SEL wird einer Gateelektrode des Auswahltransistors 24 von der vertikalen Ansteuereinheit 8 über die Pixel-Ansteuerleitung 12 bereitgestellt. Wenn eine Spannung des Auswahlsignals SEL auf einen vorbestimmten hohen Pegel gesetzt wird und der Auswahltransistor 24 eingeschaltet wird, wird das Einheitspixel 16, von dem ein Pixel-Signal gelesen wird, ausgewählt.
Das heißt, wenn der Auswahltransistor 24 eingeschaltet wird, stellt der Verstärkungstransistor 25 ein die Spannung der FD 20a angebendes Signal SPa über die vertikale Signalleitung 13a der Spalten-Verarbeitungseinheit 9 bereit.
Wenn der Auswahltransistor 24 eingeschaltet wird, stellt der Verstärkungstransistor 26 ein die Spannung der FD 20b angebendes Signal SPb über die vertikale Signalleitung 13b der Spalten-Verarbeitungseinheit 9 bereit.
Die Signalverarbeitungseinheit 14 des Bildgebungselements 3b erzeugt ein Differenzsignal der von jedem Einheitspixel 16 über die Spalten-Verarbeitungseinheit 9 bereitgestellten Signale SPa und SPb. Darüber hinaus stellt die Signalverarbeitungseinheit 14 das Differenzsignal der Signalverarbeitungsschaltung 3c als Pixel-Signal jedes Einheitspixels 16 bereit.
Daher ist das vom Bildgebungselement 3b abgegebene Pixel-Signal ein Signal, das die Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Empfangslicht jedes Einheitspixels 16 angibt. Das heißt, je höher die Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Empfangslicht ist, desto größer ist der Wert des Pixel-Signals. Je geringer die Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Empfangslicht ist, desto kleiner ist der Wert des Pixel-Signals.
<2. Abstandsbilderzeugungsverfahren>
Mit Verweis auf jede der 5 und 6 wird ein Beispiel eines Abstandsbilderzeugungsverfahrens beschrieben, das von der Bildgebungsvorrichtung 1 durchgeführt wird.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 erzeugt ein Abstandsbild, indem eine Vielzahl von Abbildungsvorgängen unter Verwendung verschiedener Kombinationen der Bestrahlungssignale und der Referenzsignale durchgeführt wird.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm des Abstandsbilderzeugungsverfahrens, in dem die horizontale Achse eine Zeitachse t ist und jeweilige Zeitpunkte eines Bestrahlungssignals, eines ersten Referenzsignals a, eines zweiten Referenzsignals b und eines Empfangslichts veranschaulicht sind.
6 veranschaulicht schematisch eine Beziehung zwischen einem Abstand von der Bildgebungsvorrichtung 1 zu einem Objekt und dem vom Einheitspixel 16 abgegebenen Pixel-Signal. Die horizontale Achse gibt einen Abstand zum Objekt an, und die vertikale Achse gibt einen Wert des Pixel-Signals an.
Im veranschaulichten Beispiel wird eine Kombination des Bestrahlungssignals und des ersten Referenzsignals a zur Zeit einer ersten Abbildung verwendet. Das Bestrahlungssignal und das erste Referenzsignal a sind Signale, die Impulse mit der gleichen Phase und der gleichen Impulsbreite T enthalten.
Das von der Laserlichtquelle 2b emittierte Bestrahlungslicht hat im Wesentlichen die gleiche Wellenform wie das Bestrahlungssignal und weist eine für einen hergestellten Laserresonator einzigartige ansteigende Wellenform auf. Für eine einfache Beschreibung eines Grundkonzepts des Abstandsbilderzeugungsverfahrens wird hier im Folgenden ein Fall einer grundlegenden Rechteckwelle beschrieben, in der eine ansteigende Wellenform weggelassen ist.
Ein Teil des von der Laserlichtquelle 2b emittierten Bestrahlungslichts wird von dem in Bestrahlungsrichtung positionierten Objekt reflektiert, und ein Teil des reflektierten Lichts tritt in das fotoelektrische Umwandlungselement 17 jedes Einheitspixels 16 des Bildgebungselements 3b ein.
Das Empfangslicht, das in das fotoelektrische Umwandlungselement 17 eintritt, tritt hier mit einer Verzögerung einer Verzögerungszeit Δt in Bezug auf das Bestrahlungssignal (Bestrahlungslicht) entsprechend dem Abstand zwischen der Bildgebungsvorrichtung 1 und dem Objekt in das fotoelektrische Umwandlungselement 17 ein.
Zu dieser Zeit ist ein Wert eines vom Einheitspixel 16 abgegebenen Pixel-Signals Sa proportional einer Zeit, zu der das erste Referenzsignal a und das Empfangslicht überlappen. Das heißt, wenn man einen Anstieg eines Impulses des ersten Referenzsignals a als Referenz festlegt (die Zeit eines ansteigenden Impulses des ersten Referenzsignals a wird auf Null gesetzt), ist der Wert des Pixel-Signals Sa maximiert, wenn die Verzögerungszeit Δt Null ist, und ist proportional einer Zeit T - Δt. Wenn die Verzögerungszeit Δt gleich der Impulsbreite T oder größer ist, wird dann der Wert des Pixel-Signals Sa Null.
Zur Zeit einer zweiten Abbildung wird eine Kombination des Bestrahlungslichts und des zweiten Referenzsignals b verwendet. Das zweite Referenzsignal b hat eine Wellenform, deren Phase um die gleiche Zeit wie die Impulsbreite T im Vergleich mit dem ersten Referenzsignal a verzögert ist.
Zu dieser Zeit ist ein Wert eines vom Einheitspixel 16 abgegebenen Pixel-Signals Sb proportional einer Zeit, zu der das zweite Referenzsignal b und das Empfangslicht überlappen. Das heißt, der Wert des Pixel-Signals Sb ist proportional der Verzögerungszeit Δt, wenn die Verzögerungszeit Δt Null bis T ist, und ist proportional einer Zeit 2T - Δt, wenn die Verzögerungszeit ΔT bis 2T ist. Wenn die Verzögerungszeit Δt gleich 2T oder länger wird, wird der Wert des Pixel-Signals Sb Null.
Das Empfangslicht enthält hier reflektiertes Licht des Bestrahlungslichts, das mit dem gleichen Muster wie das Bestrahlungssignal (Bestrahlungscode) abgestrahlt wird, und die Wellenform des Empfangslichts ist ähnlich einer Wellenform, die erhalten wird, indem die Phase des Bestrahlungslichts verschoben wird. Daher ist eine Wellenform des Pixel-Signals Sa in 6 ähnlich einer Wellenform einer Korrelationsfunktion des ersten Referenzsignals a und des Bestrahlungssignals und ist eine Wellenform des Pixel-Signals Sb in 6 ähnlich einer Wellenform einer Korrelationsfunktion des zweiten Referenzsignals b und des Bestrahlungssignals.
Man beachte, dass die Wellenform des Pixel-Signals Sa hier eine Wellenform angibt, in der ein durch eine gestrichelte Linie in 6 angegebener Abstand ein Gebiet eines negativen Werts einschließt.
Wie in der folgenden Formel 1 angegeben ist der Abstand zum Objekt proportional zu einem Verhältnis des Pixel-Signals Sb in Bezug auf die Summe des Pixel-Signals Sa und des Pixel-Signals Sb.

[Ausdruck 1] $ABSTAND \propto \frac{Sb}{Sa + Sb}$
Beispielsweise erzeugt die Signalverarbeitungsschaltung 3c ein Abstands-Pixel-Signal basierend auf dem Abstand zum Objekt auf der Basis des Verhältnisses des Pixel-Signals Sb in Bezug auf die Summe des Pixel-Signals Sa und des Pixel-Signals Sb für jedes Pixel und erzeugt ein Abstandsbild, das das Abstands-Pixel-Signal enthält. Auf der Basis des Abstandsbildes ist es dann beispielsweise möglich, den Abstand zum Objekt für jedes Pixel zu messen oder eine Differenz zwischen den Abständen zu erkennen.
Wie in 6 veranschaulicht ist, ist hier eine Abstandsmessgenauigkeit (Abstandsmessgenauigkeit) ungeachtet des Abstands konstant, da Steigungen der Pixel-Signale Sa und Sb in Bezug auf den Abstand konstant sind. Die grundlegende Rechteckwelle, in der die ansteigende Wellenform weggelassen ist, wurde oben beschrieben. Jedoch ist es wünschenswert, die ansteigende Wellenform in der Praxis in 6 und der Formel 1 zu betrachten. In diesem Fall kann eine die ansteigende Wellenform berücksichtigende Formel zur Abstandsberechnung genutzt werden. Ein Ergebnis der Abstandsberechnung wird ohne Berücksichtigung der ansteigenden Wellenform berechnet, und danach kann eine auf der ansteigenden Wellenform basierende Korrektur am Berechnungsergebnis durchgeführt werden.
Ferner wird ein Bereich, in dem der Abstand gemessen werden kann, (Abstandsmessbereich) auf einen Bereich eingestellt, bevor das Pixel-Signal Sa Null wird, und ist konkret ein Bereich von Null bis zu einer Zeit c (Lichtgeschwindigkeit) × T/2.
<3. Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
<3-1. Ansteigende Wellenform eines Laserlichts>
In der vorliegenden Ausführungsform tritt das Licht, das von der in der Bildgebungsvorrichtung 1 enthaltenen Laserlichtquelle 2b emittiert wird, in das Bildgebungselement 3b als das reflektierte Licht vom Objekt ein und wird eine auf dem einfallenden Licht basierende Abstandsmessung durchgeführt. Daher besteht eine Möglichkeit, dass aufgrund des Eintritts von Licht von einer anderen Lichtquelle als der Laserlichtquelle 2b, natürlichem Licht oder dergleichen in das Bildgebungselement 3b eine fehlerhafte Messung durchgeführt wird.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Konfiguration, die die Möglichkeit solch einer fehlerhaften Messung reduziert. Konkret wird eine Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ausgeführt, um zu bestimmen, ob das vom Bildgebungselement 3b empfangene Licht von der Laserlichtquelle 2b emittiertes Licht ist oder nicht. Im Folgenden wird hier mit Verweis auf jede der Zeichnungen eine Beschreibung vorgenommen.
Zunächst wird mit Verweis auf jede der 7 bis 11 die ansteigende Wellenform der Laserlichtquelle 2b beschrieben.
Der in der Laserlichtquelle 2b enthaltene Laserresonator kann als lichtemittierende Diode (LED) betrachtet werden, die Bedingungen einer Laseroszillation erfüllt.
7 veranschaulicht eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Lichtintensität. Der Laserresonator weist Charakteristiken einer einzigen Spitze auf, in der die Lichtintensität bei einer einzigartigen Wellenlänge (Mittenfrequenz) maximiert ist. Eine vom Laserresonator emittierte Oszillationswellenlänge hat eine Temperaturabhängigkeit derart, dass die Oszillationswellenlänge mit zunehmender Temperatur länger wird. Daher hängt die Beziehung zwischen der Zeit und der Lichtintensität von einer Temperaturänderung des Laserresonators ab.
In 8 und 9 ist ein Beispiel veranschaulicht. Dieses Beispiel ist ein Beispiel in einem Fall, in dem ein Betriebsstrom (Betriebsleistung) des Laserresonators gering ist, und 8 veranschaulicht eine Wellenlänge eines Lichts, das in einem Fall emittiert wird, in dem die Temperatur des Laserresonators von einer Temperatur F0 auf eine Temperatur F1 zunimmt. 9 veranschaulicht eine zeitliche Änderung der Lichtintensität.
Wie veranschaulicht ist, wird, da der Betriebsstrom gering ist, die Wellenlänge des vom Laserresonator emittierten Lichts so eingestellt, dass sie kürzer als eine Wellenlänge mit der maximierten Lichtintensität ist. Daher nimmt eine grafische Darstellung bzw. Kurve einer zeitlichen Änderung der Lichtintensität (das heißt eine ansteigende Wellenform eines Laserlichts) allmählich zu und wird, nachdem ein bestimmter Wert erreicht ist, der bestimmte Wert beibehalten.
In 10 und 11 ist ein anderes Beispiel veranschaulicht. Dieses Beispiel ist ein Beispiel in einem Fall, in dem der Betriebsstrom des Laserresonators groß ist, und 10 veranschaulicht eine Wellenlänge eines Lichts, das in einem Fall emittiert wird, in dem die Temperatur des Laserresonators von der Temperatur F0 auf eine Temperatur F2 zunimmt. 11 veranschaulicht eine zeitliche Änderung der Lichtintensität.
Wie veranschaulicht ist, wird, da der Betriebsstrom groß ist, die Wellenlänge des vom Laserresonator emittierten Lichts so eingestellt, dass sie größer als die Wellenlänge ist, bei der die Lichtintensität maximiert ist. Daher hat die ansteigende Wellenform des Laserlichts eine Form, die scharf ansteigt und eine Spitze erreicht und dann auf den bestimmten Wert fällt.
In der folgenden Beschreibung wird auf einen Lichtemissionsmodus des Laserresonators, der die ansteigende Wellenform wie in 9 veranschaulicht angibt, als „erster Lichtemissionsmodus“ verwiesen und wird auf einen Lichtemissionsmodus des Laserresonators, der die ansteigende Wellenform wie in 11 veranschaulicht angibt, als „zweiter Lichtemissionsmodus“ verwiesen. Darüber hinaus wird auf ein Laserlicht im ersten Lichtemissionsmodus als „erstes Laserlicht“ verwiesen und wird auf Laserlicht im zweiten Lichtemissionsmodus als „zweites Laserlicht“ verwiesen.
Die Charakteristiken einer einzigen Spitze des Laserresonators, die oben beschrieben wurde, hängen von der Struktur des Laserresonators ab, und in einem Fall eines Halbleiterlasers hängt eine Mittenfrequenz von Bestandteilen eines Halbleiters ab. Darüber hinaus hängt ein Oszillationsspektrum von einer Lichtleistung bzw. Lichtabgabe ab (das heißt eine Linienbreite des Spektrums ist umgekehrt proportional der Lichtabgabe). Aus diesen Gründen variieren die Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtintensität (7) und die Beziehung zwischen der Zeit und der Lichtintensität (9 und 11) für jeden Laserresonator individuell und wird eine Duplizierung durch eine andere Person als einen Hersteller als schwierig erachtet. Daher kann eine Gültigkeit durch Beobachten der ansteigenden Wellenform des Laserlichts bestimmt werden.
<3-2. Erstes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein erstes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung wird mit Verweis auf jede der 12 bis 17 beschrieben.
Im ersten Beispiel wird eine Referenzbedingung in Bezug auf eine Zeit-Wellenform einer Lichtintensität zur Zeit einer Bestrahlung in der Speichereinheit 6 vorher gespeichert und werden Messdaten entsprechend einer Zeit-Wellenform einer Lichtintensität zur Zeit eines Lichtempfangs mit der Referenzbedingung verglichen, um eine Gültigkeit einer Lichtempfangswellenform zu bestätigen.
In 12 ist ein Flussdiagramm veranschaulicht.
Die Steuerungseinheit 4 führt eine Bestrahlungsverarbeitung in Schritt S101 aus. Infolgedessen emittiert die Laserlichtquelle 2b das Laserlicht (erstes Laserlicht oder zweites Laserlicht) in dem ersten Lichtemissionsmodus oder dem zweiten Lichtemissionsmodus. Das emittierte Laserlicht wird zum vom Objekt reflektierten Licht und tritt teilweise in das Bildgebungselement 3b ein.
Die Steuerungseinheit 4 führt eine Lichtempfangsverarbeitung in Schritt S102 aus. Infolgedessen werden Messdaten der Lichtempfangswellenform erfasst.
Die Steuerungseinheit 4 führt in Schritt S103 eine Verzweigungsverarbeitung aus, um zu bestimmen, ob die Lichtempfangswellenform gültig ist oder nicht. Die Gültigkeit wird bestätigt, indem bestimmt wird, ob die vorher gespeicherte Referenzbedingung (siehe zum Beispiel 13) mit der Lichtempfangswellenform übereinstimmt (siehe zum Beispiel 14) (oder Merkmale übereinstimmen) oder nicht. Konkret wird die Bestimmung durchgeführt, indem bestätigt wird, ob der maximale Wert der Lichtintensität der Lichtempfangswellenform im Wesentlichen gleich einem Verhältnis eines stationären Werts ist oder nicht, der eine Lichtintensität zum letztendlich eingeschwungenen Zeitpunkt ist, oder eine Zeitlänge verglichen wird, die vom Ansteigen bis zum Abfallen der Wellenform erforderlich ist. Alternativ dazu kann die Bestimmung durchgeführt werden, indem eine Zeitlänge vom Anstieg bis zum stationären Wert verglichen wird.
Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 eine Normal-Zeit-Verarbeitung in Schritt S104 aus. In der Normal-Zeit-Verarbeitung wird eine gewünschte Verarbeitung unter Verwendung eines Abstandsbildes oder eine gewünschte Verarbeitung an einem Abstandsbild ausgeführt. Das heißt, da die Lichtempfangswellenform gültig ist, kann bestimmt werden, dass das erfasste Abstandsbild korrekt ist. Daher ist es möglich, verschiedene Arten einer Verarbeitung unter Verwendung des Abstandsbildes normal auszuführen.
Falls auf der anderen Seite in Schritt S103 bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S105 eine Anormal-Zeit-Verarbeitung aus. Bei der Anormal-Zeit-Verarbeitung kann beispielsweise die Gültigkeit wieder bestimmt werden, indem jede Verarbeitung in den Schritten S101 bis S103 ausgeführt wird. Dies ist effektiv, falls es nicht möglich ist, die Gültigkeit zu bestätigen, da optisches Rauschen ungewollt von außen eintritt. Darüber hinaus kann eine Backup-Verarbeitung zur funktionalen Sicherheit ausgeführt werden, falls eine Fail-Safe-Funktion enthalten ist, kann eine Verarbeitung zum Priorisieren der Fail-Safe-Funktion ausgeführt werden oder kann eine Verarbeitung zum Trennen von spontanem Licht entsprechenden Informationen von einem von anderen emittiertem Licht entsprechenden Informationen ausgeführt werden. Außerdem kann eine Verarbeitung zur Benachrichtigung eines Nutzers der Bildgebungsvorrichtung 1 über eine Anomalie ausgeführt werden, können eine Position und ein Drehwinkel einer nebensprechenden Person (einschließlich eines Störers) oder eines Angreifers (einschließlich eines Störenfrieds) durch Spezifizieren einer Position und eines Drehwinkels einer ungültigen Lichtquelle spezifiziert werden oder kann eine komplementäre Verarbeitung ausgeführt werden, falls es ein anderes Messverfahren, ein anders Abstandsmesssystem und eine andere Abstandsmessvorrichtung gibt. Jedoch schließen diese nebensprechenden Personen und Angreifer nicht nur Menschen, sondern auch nicht menschliche Quellen wie etwa andere Vorrichtungen oder die Natur ein; zum Beispiel eine Verarbeitung, um Maßnahmen gegen eine fehlerhafte Messung von spontanem Licht der Bildgebungsvorrichtung 1 (einschließlich einer fehlerhaften Bestimmung, Fehlfunktion und Unmessbarkeit, die dadurch verursacht wird) aufgrund von von anderen Vorrichtungen emittiertem Licht, das von einer anderen, eine Lichtquelle enthaltenden Vorrichtung verursacht wird (Kamera, Mobiltelefon, Smartphone, Tablet, Personal Computer, Spielemaschine, Fernsehgerät, Anzeige, elektronische Vorrichtung, mobile Vorrichtung, Automobil, sich bewegender Körper, Drohne, fliegendes Objekt, Roboter, beweglicher Körper oder dergleichen), der Sonne oder dergleichen oder von anderen Quellen emittiertem Licht wie etwa natürliches Licht.
Man beachte, dass Beispiele der Lichtempfangswellenform, die in der Bestimmungsverarbeitung in Schritt S103 als ungültig bestimmt wird, in 15 bis 17 veranschaulicht sind.
15 wird als ungültig bestimmt, da die Zeitlänge, die vom Anstieg der Lichtempfangswellenform bis zum Abfall erforderlich ist, nicht mit der Referenzbedingung übereinstimmt.
16 wird als ungültig bestimmt, da keine Spitzen-Form der ansteigenden Wellenform vorhanden ist. Alternativ kann sie als ungültig bestimmt werden, da sich das Verhältnis zwischen dem maximalen Wert der Lichtintensität und dem stationären Wert von der Referenzbedingung unterscheidet.
17 wird als ungültig bestimmt, da ein Spitzen-Wert in einem anderen Bereich als einem ansteigenden Bereich vorhanden ist.
Man beachte, dass es wünschenswert ist, als die in der Speichereinheit 6 gespeicherte Referenzbedingung Informationen unter Verwendung der Laserlichtquelle 2b in einem kalibrierten Zustand zu speichern. Darüber hinaus kann unter Berücksichtigung einer zeitlichen Änderung des Laserresonators oder dergleichen eine Kalibrierung periodisch durchgeführt werden und kann die gespeicherte Referenzbedingung auf der Basis der Kalibrierung aktualisiert werden.
<3-3. Zweites Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Im zweiten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung enthält eine Bildgebungsvorrichtung 1A eine Lichtreflexionseinheit 32. Ein Blockdiagramm der Bildgebungsvorrichtung 1A in diesem Beispiel ist in 18 veranschaulicht.
Zusätzlich zu der Beleuchtungseinheit 2, der Bildgebungseinheit 3, der Steuerungseinheit 4, der Anzeigeeinheit 5 und der Speichereinheit 6 enthält die Bildgebungsvorrichtung 1A die Lichtreflexionseinheit 32, die zumindest einen Teil des von der Beleuchtungseinheit 2 emittierten Lichts reflektiert. Das von der Beleuchtungseinheit 2 emittierte und von der Lichtreflexionseinheit 32 reflektierte Licht tritt in das Bildgebungselement 3b ein.
Ein Flussdiagramm eines Verarbeitungsbeispiels in diesem Beispiel ist in 19 veranschaulicht. Man beachte, dass eine der im Flussdiagramm in 12 veranschaulichten Verarbeitung ähnliche Verarbeitung mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet ist und deren Beschreibung entsprechend weggelassen wird.
Die Steuerungseinheit 4 führt die Bestrahlungsverarbeitung in Schritt S101 aus. Infolgedessen emittiert die Beleuchtungseinheit 2 Licht.
Das Licht von der Beleuchtungseinheit 2, das über die Lichtreflexionseinheit 32 reflektiert wird, (hier im Folgenden als „intern reflektiertes Licht“ beschrieben) erreicht das Bildgebungselement 3b früher als ein über die Objekte 100 und 101 reflektiertes Licht (hier im Folgenden als „extern reflektiertes Licht“ beschrieben).
Daher wird zuerst eine Lichtempfangsverarbeitung für das intern reflektierte Licht ausgeführt und wird dann eine Lichtempfangsverarbeitung für das extern reflektierte Licht ausgeführt.
Das heißt, die Steuerungseinheit 4 erfasst eine Referenzbedingung, indem in Schritt S111 eine erste Lichtempfangsverarbeitung, die die Lichtempfangsverarbeitung für das intern reflektierte Licht ist, ausgeführt wird. Die Referenzbedingung wird beispielsweise in der Speichereinheit 6 gespeichert.
Anschließend erfasst die Steuerungseinheit 4 Messdaten, indem in Schritt S112 eine zweite Lichtempfangsverarbeitung ausgeführt wird, die die Lichtempfangsverarbeitung für das extern reflektierte Licht ist.
Die Steuerungseinheit 4 führt die Verzweigungsverarbeitung in Schritt S103 aus, um zu bestimmen, ob eine Lichtempfangswellenform gültig ist oder nicht, indem die Referenzbedingung mit den Messdaten verglichen wird.
Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S104 die Normal-Zeit-Verarbeitung aus, und, falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 die Anormal-Zeit-Verarbeitung in Schritt S105 aus.
Eine Modifikation des zweiten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung wird beschrieben.
In der Modifikation wird die Bestrahlungsverarbeitung zweimal ausgeführt.
Konkret wird mit Verweis auf das Flussdiagramm in 20 eine Beschreibung vorgenommen.
Die Steuerungseinheit 4 führt in Schritt S121 eine erste Bestrahlungsverarbeitung aus und führt in Schritt S111 die erste Lichtempfangsverarbeitung aus. Infolgedessen wird die Referenzbedingung erfasst und gespeichert.
Die Steuerungseinheit 4 führt eine zweite Bestrahlungsverarbeitung in Schritt S122 aus und führt die zweite Lichtempfangsverarbeitung in Schritt S112 aus. Als Ergebnis werden die Messdaten erfasst.
Die Steuerungseinheit 4 führt in Schritt S103 die Verzweigungsverarbeitung aus, um zu bestimmen, ob eine Lichtempfangswellenform gültig ist oder nicht, indem die Referenzbedingung mit den Messdaten verglichen wird.
Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 die Normal-Zeit-Verarbeitung in Schritt S104 aus, und, falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S105 die Anormal-Zeit-Verarbeitung aus.
Indem man die Bestrahlungsverarbeitung zweimal ausführt, kann die Genauigkeit der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden. Darüber hinaus ist es möglich, eine fehlerhafte Messung durch eine nebensprechende Person zu reduzieren und die Sicherheit gegenüber einem böswilligen Angreifer zu steigern, der versucht, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unzulässig zu durchlaufen.
Man beachte, dass die Steuerungseinheit 4 die erste Bestrahlungsverarbeitung in Schritt S121 unter einer ersten Bestrahlungsbedingung ausführen kann und die zweite Bestrahlungsverarbeitung in Schritt S122 unter einer zweiten Bestrahlungsbedingung ausführen kann, die sich zumindest teilweise von der ersten Bestrahlungsbedingung unterscheidet. Indem man die Bestrahlungsbedingungen in der ersten Bestrahlungsverarbeitung und der zweiten Bestrahlungsverarbeitung variiert, ist es schwieriger, die Beleuchtungseinheit 2 nachzuahmen.
Die erste Bestrahlungsbedingung und die zweite Bestrahlungsbedingung sind beispielsweise Bedingungen, deren Zeitlänge einer Lichtemission, Lichtintensität oder dergleichen sich unterscheiden.
Darüber hinaus kann anstelle der Lichtreflexionseinheit eine einen Lichtleitpfad enthaltende Lichtleiteinheit enthalten sein. Ein ähnlicher Effekt kann erhalten werden, indem der Lichtleitpfad genutzt wird.
Man beachte, dass in der Modifikation eine Verarbeitung durch die Bildgebungsvorrichtung 1 ausgeführt werden kann, die die Lichtreflexionseinheit 32 nicht enthält, oder durch die Bildgebungsvorrichtung 1A ausgeführt werden kann, die die Lichtreflexionseinheit 32 enthält.
Darüber hinaus kann die Beleuchtungseinheit 2 eine Vielzahl an Laserlichtquellen enthalten, und eine Laserlichtquelle, die eine Bestrahlung in der ersten Bestrahlungsverarbeitung durchführt, kann sich von einer Laserlichtquelle, die eine Bestrahlung in der zweiten Bestrahlungsverarbeitung durchführt, unterscheiden.
<3-4. Drittes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
In einem dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung wird eine Gültigkeit bestimmt, indem Laserlicht mit unterschiedlichen optischen Wellenformen abgestrahlt wird.
Wenn ein in die Laserlichtquelle 2b als Halbleiterlaser fließender Strom allmählich erhöht wird, nimmt die Lichtabgabe der Laserlichtquelle 2b allmählich zu. Bis die Lichtabgabe einen Stromwert zum Zeitpunkt eines Oszillationsbeginns überschreitet, wird jedoch LED-Licht, nicht das Laserlicht, emittiert. Wenn der Stromwert zum Zeitpunkt eines Oszillationsbeginns überschritten wird, nimmt, wenn die Laseroszillation begonnen wird, die Lichtabgabe schnell zu und wird die Laseroszillation begonnen. Die Abgabe ändert sich in Bezug auf den Strom schnell. Das heißt, untere Grenzwerte für die Lichtabgabe (Lichtintensität) und den Betriebsstrom werden festgelegt.
Auf der anderen Seite wird ein oberer Grenzwert für die vorgesehene Lichtabgabe (Lichtintensität) basierend auf dem Gesichtspunkt der Sicherheit von Laserprodukten oder dergleichen gemäß verschiedenen Standards, von auf der Betriebsumgebung basierenden Regeln oder dergleichen festgelegt.
Falls die Laserlichtquelle 2b Licht unter Verwendung von zwei oder mehr Arten von Stromwerten innerhalb eines Bereichs zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert emittiert (das heißt ein Fall eines ersten Lichtemissionsmodus und eines zweiten Lichtemissionsmodus, die oben beschrieben wurden), ist es möglich, die Gültigkeit der Lichtempfangswellenform auf der Basis ansteigender Wellenformen mit unterschiedlichen Formen zu bestätigen. Daher ist es möglich, eine fehlerhafte Messung durch eine nebensprechende Person weiter zu reduzieren und ein Duplizieren des Laserlichts durch einen böswilligen Angreifer oder dergleichen weiter zu erschweren.
In jeder der 21 bis 23 ist ein Beispiel veranschaulicht.
21 veranschaulicht ein Beispiel einer Bestrahlungswellenform in einem Fall, in dem die Laserlichtquelle 2b eine Bestrahlung eine Vielzahl an Malen entsprechend dem ersten Lichtemissionsmodus durchführt. Die Laserlichtquelle 2b führt eine Bestrahlung mit einer konstanten Wiederholungsperiode T0 durch. Eine Zeitlänge, in der die Laserlichtquelle 2b Licht emittiert, (Lichtemissionsperiode T1) wird als konstant eingestellt.
22 ist ein Beispiel einer Bestrahlungswellenform, worin das erste Laserlicht und das zweite Laserlicht wiederholt und abwechselnd abgestrahlt werden.
Die Bestrahlung im ersten Lichtemissionsmodus und die Bestrahlung im zweiten Lichtemissionsmodus werden mit der Wiederholungsperiode T0 wiederholt. Sowohl der erste Lichtemissionsmodus als auch der zweite Lichtemissionsmodus sind in der Lichtemissionsperiode T1 enthalten.
23 ist eine Bestrahlungswellenform in einem Fall, in dem das erste Laserlicht und das zweite Laserlicht in zufälliger Reihenfolge abgestrahlt werden.
Die Bestrahlung in beiden Modi wird mit der konstanten Wiederholungsperiode T0 und in der Lichtemissionsperiode T1 durchgeführt.
Man beachte, dass die Lichtemissionsperiode T1 und die Nicht-Lichtemissionsperiode (T0 - T1) moduliert oder als zufällige Periode festgelegt werden können. Zusätzlich zu dem ersten Lichtemissionsmodus und dem zweiten Lichtemissionsmodus kann außerdem ein von dem ersten Lichtemissionsmodus und dem zweiten Lichtemissionsmodus verschiedener dritter Lichtemissionsmodus genutzt werden. Im dritten Lichtemissionsmodus wird an die Laserlichtquelle 2b ein Strom angelegt, der sich von dem im ersten Lichtemissionsmodus an die Laserlichtquelle 2b angelegten Strom und dem im zweiten Lichtemissionsmodus an die Laserlichtquelle 2b angelegten Strom unterscheidet.
Darüber hinaus kann die Laserlichtquelle 2b eine Bestrahlung durchführen, indem der an die Laserlichtquelle 2b angelegte Strom auf einen zufälligen Wert innerhalb des obigen Bereichs eingestellt wird, ohne den an die Laserlichtquelle 2b angelegten Strom auf einen vorbestimmten Wert wie in dem ersten Lichtemissionsmodus und dem zweiten Lichtemissionsmodus einzustellen.
Mit solch verschiedenen Modi ist es möglich, eine Duplizierung des Laserlichts weiter zu erschweren.
Man beachte, dass es in Bezug auf ein Umschalten zwischen dem ersten Laserlicht und dem zweiten Laserlicht ausreicht, dass das oben beschriebene Bestrahlungssignal ein erstes Bestrahlungssignal (erster Bestrahlungscode) und ein zweites Bestrahlungssignal (zweiter Bestrahlungscode) enthält.
24 veranschaulicht Beispiele des ersten Bestrahlungssignals und des zweiten Bestrahlungssignals und von Bestrahlungswellenformen des ersten Laserlichts und des zweiten Laserlichts, die als Reaktion auf die Signale emittiert werden.
Falls das von der Laserlichtquelle 2b emittierte Licht zwischen dem ersten Laserlicht und dem zweiten Laserlicht beispielsweise umgeschaltet wird, reicht es aus, dass die Bildgebungsvorrichtung 1 eine Schalteinheit enthält. Darüber hinaus kann die Schalteinheit in der Beleuchtungseinheit 2 oder der Beleuchtungssteuerungseinheit 2a vorgesehen sein.
<3-5. Viertes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein viertes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel, in welchem das Einheitspixel 16 des Bildgebungselements 3b vier oder mehr Ladungsakkumulationseinheiten (FD) enthält. Konkret wird mit Verweis auf 25 eine Beschreibung gegeben.
25 ist ein Diagramm, das einige Einheiten veranschaulicht, die aus den im Einheitspixel 16 enthaltenen Einheiten entnommen sind.
Wie veranschaulicht ist jedes im Einheitspixel 16 enthaltene fotoelektrische Umwandlungselement 17 mit einem ersten Übertragungstransistor 18a, einem zweiten Übertragungstransistor 18b, ... und einem n-ten Übertragungstransistor 18n verbunden.
Jeder Übertragungstransistor 18 ist mit der FD 20 verbunden. Konkret ist der erste Übertragungstransistor 18a mit einer ersten FD 20a verbunden, und der zweite Übertragungstransistor 18b ist mit einer zweiten FD 20b verbunden. Ähnlich ist der n-te Übertragungstransistor 18n mit einer n-ten FD 20n verbunden.
In jeder FD 20 werden durch das fotoelektrische Umwandlungselement 17 erzeugte Ladungen in einer entsprechenden Ladungsakkumulationsperiode akkumuliert. Die jeder FD 20 entsprechende Ladungsakkumulationsperiode ist so festgelegt, dass sie nicht überlappt.
26 ist ein Diagramm, das eine in jeder Ladungsakkumulationsperiode akkumulierte Ladungsmenge in einem Fall veranschaulicht, in dem ein einzelnes Einheitspixel 16 achte FDs 20 enthält, um eine Merkmalsmenge einer Lichtempfangswellenform zu erfassen.
Wie veranschaulicht ist, ist die Wiederholungsperiode T0 in acht Perioden von einer ersten Ladungsakkumulationsperiode Ta bis zu einer achten Ladungsakkumulationsperiode Th unterteilt. Die Ladungsakkumulationsperioden sind so festgelegt, dass sie Perioden gleicher Länge sind.
Die erste Ladungsakkumulationsperiode Ta wird gleichzeitig mit der Lichtemission der Laserlichtquelle 2b begonnen. Im veranschaulichten Beispiel erreicht in der ersten Ladungsakkumulationsperiode Ta das von der Laserlichtquelle 2b emittierte Licht das Bildgebungselement 3b noch nicht und wird die Lichtintensität des empfangenen Lichts auf Null gesetzt. Darüber hinaus sind die zweite Ladungsakkumulationsperiode Tb bis zur fünften Ladungsakkumulationsperiode Te in einer Periode (Lichtempfangsperiode T2) enthalten, in der das von der Laserlichtquelle 2b emittierte Licht empfangen wird.
Wie in 25 und 26 veranschaulicht ist, ist es in einem Fall, in dem das fotoelektrische Umwandlungselement 17 mit der Vielzahl an FDs 20 verbunden ist, möglich, die Merkmalsmenge der ansteigenden Wellenform der Lichtempfangswellenform zu erfassen.
Man beachte, dass es, um eine Ladungsmenge eines Lichts, das in jedem eines ersten halben und eines zweiten halben Bereichs in der Lichtemissionsperiode T1 empfangen wird, die eine halbe Zeitlänge der Wiederholungsperiode T0 aufweist, notwendig ist, eine Periode, die erhalten wird, indem die Wiederholungsperiode T0 in vier Perioden unterteilt wird, als Ladungsakkumulationsperiode festzulegen. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass das fotoelektrische Umwandlungselement 17 mit vier FDs 20 (erste FD 20a, zweite FD 20b, dritte FD 20c und vierte FD 20d) verbunden ist.
Man beachte, dass, obgleich die Ladungsakkumulationsperioden einander gleich sind, die Ladungsakkumulationsperioden ungleich sein können.
Indem man mehrere FDs 20 mit dem fotoelektrischen Umwandlungselement 17 verbindet, ist es möglich, den Merkmalsbetrag der Lichtempfangswellenform detaillierter zu extrahieren.
Ein Beispiel der Lichtempfangswellenform und der Ladungsmenge, die in jeder Ladungsakkumulationsperiode akkumuliert wird, ist in 27 veranschaulicht.
Es gibt einen Fall, in dem die Bestrahlungswellenform der Laserlichtquelle 2b zusätzlich zu einer ansteigenden Form und einer abfallenden Form ein Überschwingen, ein Unterschwingen, eine abklingende Schwingung und dergleichen aufweist. In solch einem Fall ist es, indem man mehrere FDs 20 mit dem fotoelektrische Umwandlungselement 17 wie veranschaulicht verbindet, möglich, ein Merkmal einer Wellenform zu erfassen.
Ein Verfahren zum Erzeugen eines Abstandsbildes mit der Konfiguration in diesem Beispiel wird beschrieben. 28 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Bestrahlungssignal, einem Referenzsignal und einer Ladungsmenge in jeder Ladungsakkumulationsperiode veranschaulicht. Das in 28 veranschaulichte Beispiel hat eine Konfiguration, in der das fotoelektrische Umwandlungselement 17 mit 16 FDs 20 verbunden ist.
Wie veranschaulicht ist, stimmt ein Zeitpunkt eines Anstiegs des Bestrahlungssignals mit einem Zeitpunkt eines Anstiegs eines Referenzsignals a1 überein. Gleichzeitig mit dem Abfallen des Referenzsignals a1 steigt ein Referenzsignal a2 an. Auf diese Weise werden Impulse des Referenzsignals a1 bis zu einem Referenzsignal a8 erzeugt. Durch Auswählen der Ladungsakkumulationseinheit entsprechend jedem Referenzsignal werden die durch das fotoelektrische Umwandlungselement 17 erzeugten Ladungen in einer Impulsausgabeperiode akkumuliert.
Gleichzeitig mit dem Abfallen des Referenzsignals a8 steigt ein Referenzsignal b1 an. Im Anschluss an das Referenzsignal b1 werden Impulse eines Referenzsignals b2 bis zu einem Referenzsignal b8 so erzeugt, dass sie nicht überlappen.
Eine Periode vom Anstieg des Referenzsignals a1 bis zum Abfallen des Referenzsignals a8 (erste Periode) ist im Wesentlichen die gleiche Periode wie die Impulsperiode T. Darüber hinaus ist eine Periodenlänge einer Periode vom Anstieg des Referenzsignals b1 bis zum Abfallen des Referenzsignals b8 (zweite Periode) im Wesentlichen gleich einer Periodenlänge der Impulsbreite T.
Da das von der Laserlichtquelle 2b emittierte Licht das Bildgebungselement 3b als das reflektierte Licht vom Objekt erreicht, wird eine Verzögerungszeit Δt vom Anstieg des Bestrahlungssignals bis zum Beginn eines Lichtempfangs erzeugt. Daher kann ein Lichtempfangsvorgang des Bildgebungselements 3b in sowohl der ersten Periode als auch der zweiten Periode durchgeführt werden.
Falls das reflektierte Licht über die erste Periode und die zweite Periode hinweg empfangen wird, ist es möglich, den Abstand zum Objekt zu messen.
Das oben beschriebene Pixel-Signal Sa ist einer Summe Qa der jeder FD 20 in der ersten Periode akkumulierten Ladungsmenge proportional. Darüber hinaus ist das Pixel-Signal Sb einer Summe Qb der in jeder FD 20 in der zweiten Periode akkumulierten Ladungsmenge proportional. Das heißt, der Abstand zum Objekt kann unter Verwendung eines mittels Qb/(Qa + Qb) berechneten Wertes berechnet werden.
Man beachte, dass es möglich ist, den Abstand zum Objekt ohne Verwendung der Summe Qa und der Summe Qb zu berechnen. Beispielsweise kann der Abstand unter Verwendung einer Ladungsmenge berechnet werden, die erhalten wird, indem eine Ladungsmenge in zumindest einem Teil der ersten Periode (zum Beispiel die Ladungsmenge eines ansteigenden Bereichs) und eine Ladungsmenge in zumindest einem Teil der zweiten Periode (zum Beispiel eine Ladungsmenge eines abfallenden Bereichs) auf der Basis einer Ladungsmenge in einer anderen Periode als der ersten Periode oder der zweiten Periode korrigiert wird. Es gibt einen Fall, in dem ein Berechnungsfehler in Bezug auf einen Abstand unter Verwendung solch einer Berechnung korrigiert werden kann.
<3-6. Fünftes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein fünftes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel, in welchem eine Lichtemissionsperiode für jede Bestrahlung der Laserlichtquelle 2b variiert.
In 29 ist ein spezifisches Beispiel veranschaulicht.
In diesem Beispiel weist das Bestrahlungssignal drei Arten von Impulsen mit unterschiedlichen Impulsbreiten auf. Konkret weist das Bestrahlungssignal einen ersten Impuls P1, dessen Impulsbreite „groß“ ist, einen zweiten Impuls P2, dessen Impulsbreite „mittel“ ist, und einen dritten Impuls P3, dessen Impulsbreite „klein“ ist, auf.
Eine auf den ersten Impuls P1 basierende Lichtemissionsperiode wird als Lichtemissionsperiode T3 festgelegt. Eine auf dem zweiten Impuls P2 basierende Lichtemissionsperiode wird als Lichtemissionsperiode T4 festgelegt. Eine auf dem dritten Impuls P3 basierende Lichtemissionsperiode wird als Lichtemissionsperiode T5 festgelegt.
Eine erste Referenzsignalgruppe A, die erhalten wird, indem die ersten Referenzsignale a addiert werden, die jeweils den Impulsen im Bestrahlungssignal entsprechen, ist ein Signal, das im Wesentlichen dasselbe wie das Bestrahlungssignal ist.
Darüber hinaus enthält eine zweite Referenzsignalgruppe B, die erhalten wird, indem die zweiten Referenzsignale b addiert werden, die jeweils den Impulsen im Bestrahlungssignal entsprechen, einen Impuls, der jedem Impuls in der ersten Referenzsignalgruppe A zeitlich benachbart ist.
Die Zeitlängen zwischen den Impulsen im Bestrahlungssignal, das heißt die Nicht-Lichtemissionsperioden, haben die gleiche Periodenlänge. Infolgedessen ist ein Bestrahlungsintervall der Laserlichtquelle 2b, das die Zeitlänge von einem Ansteigen eines Impulses bis zu einem Ansteigen eines nächsten Impulses ist, nicht konstant.
Indem man die Lichtemissionsperiode der Laserlichtquelle 2b für jede Bestrahlung unterschiedlich einrichtet, ist es notwendig, den Abstand entsprechend der Lichtemissionsperiode zu berechnen. Selbst wenn die Bestrahlungswellenform und die ansteigende Wellenform der Lichtempfangswellenform nicht miteinander verglichen werden, ist es jedoch möglich, die Gültigkeit der Laserlichtquelle 2b unter Verwendung allein der Lichtemissionsperiode zu bestimmen, und daher kann die Verarbeitung vereinfacht werden.
Man beachte, dass es, indem man sowohl den Vergleich zwischen der Bestrahlungswellenform mit der ansteigenden Wellenform der Lichtempfangswellenform als auch den Vergleich der Längen der Lichtemissionsperiode durchführt, möglich ist, eine Nachahmung des Laserlichts zu erschweren.
Man beachte, dass durch mehrmaliges Wiederholen der in 29 veranschaulichten Referenzsignale die Nachahmung des Laserlichts anspruchsvoller sein kann, während eine Zunahme einer zur Erzeugung des Referenzsignals notwendigen Informationsmenge unterdrückt wird.
<3-7. Sechstes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
In einem sechsten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung wird eine Nicht-Lichtemissionsperiode, die eine Periode von einem Abfallen eines Bestrahlungsimpulses der Laserlichtquelle 2b bis zu einem Ansteigen eines nächsten Bestrahlungsimpulses ist, zufällig bestimmt.
Konkret wird dies mit Verweis auf 30 beschrieben.
Eine Impulsbreite eines Impulses im Bestrahlungssignal ist gleich. Dementsprechend hat jede Lichtemissionsperiode die gleiche Zeitlänge.
Darüber hinaus unterscheiden sich Perioden zwischen Impulsen voneinander. Dementsprechend sind die Nicht-Lichtemissionsperioden nicht gleich.
Daher ist das Bestrahlungsintervall nicht konstant.
Da eine zur Abstandsmessung verwendete Berechnungsformel durch Festlegen einer konstanten Lichtemissionsperiode gleich festgelegt wird, kann eine Verarbeitung vereinfacht werden.
Indem man die Nicht-Lichtemissionsperiode der Laserlichtquelle 2b für jede Bestrahlung unterschiedlich einrichtet, ist es darüber hinaus, selbst wenn die Bestrahlungswellenform und die ansteigende Wellenform der Lichtempfangswellenform nicht miteinander verglichen werden, möglich, die Gültigkeit der Laserlichtquelle 2b unter Verwendung allein der Nicht-Lichtemissionsperiode zu bestimmen, und kann daher die Verarbeitung vereinfacht werden.
Man beachte, dass es, indem man sowohl den Vergleich zwischen der Bestrahlungswellenform mit der ansteigenden Wellenform der Lichtempfangswellenform als auch den Vergleich der Längen der Nicht-Lichtemissionsperioden durchführt, möglich ist, die Nachahmung des Laserlichts zu erschweren.
Als eine Modifikation des sechsten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung wird mit Verweis auf 31 ein Bespiel beschrieben, in dem sowohl die Lichtemissionsperiode als auch die Nicht-Lichtemissionsperiode variabel sind, während das Bestrahlungsintervall konstant festgelegt ist.
Wie veranschaulicht ist, ist in dieser Modifikation das Bestrahlungsintervall konstant. Daher sind Verhältnisse der Lichtemissionsperiode und der Nicht-Lichtemissionsperiode, die im Bestrahlungsintervall angegeben sind, für jede Bestrahlung variabel.
Selbst in solch einem Modus ist es möglich, die Nachahmung des Laserlichts zu erschweren.
Man beachte, dass es, indem man die Verhältnisse der Lichtemissionsperiode und der Nicht-Lichtemissionsperiode in Bezug auf die Zeit detektiert, möglich ist, die Gültigkeit der Laserlichtquelle 2b ohne Vergleichen der Bestrahlungswellenform mit der ansteigenden Wellenform der Lichtempfangswellenform zu bestimmen. Indem man die Bestrahlungswellenform mit der anteigenden Wellenform der Lichtempfangswellenform vergleicht, ist es außerdem möglich, die Nachahmung des Laserlichts zu erschweren.
<3-8. Siebtes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
In einem siebten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung enthält das Einheitspixel 16 des Bildgebungselements 3b ein erstes Einheitspixel 16A und ein zweites Einheitspixel 16B. Dies wird konkret beschrieben.
Wie in 25 veranschaulicht enthält das erste Einheitspixel 16A ein erstes fotoelektrisches Umwandlungselement 17A und vier oder mehr FDs 20.
Wie in 3 und 4 veranschaulicht, enthält das zweite Einheitspixel 16B ein zweites fotoelektrisches Umwandlungselement 17B und zwei FDs 20.
Die Anzahl erster Einheitspixel 16A, die die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A enthalten, ist kleiner als die Anzahl zweiter Einheitspixel 16B festgelegt, die die zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B enthalten.
Infolgedessen ist die Anzahl der im Bildgebungselement 3b enthaltenen FDs 20 reduziert, und dies senkt die Kosten und reduziert die Größe des Bildgebungselements 3b.
Anordnungsbeispiele der ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A und der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B sind in 32 und 33 veranschaulicht.
Das in 32 veranschaulichte Beispiel ist ein Beispiel, in dem die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A in einem äußeren Randbereich 33 des Bildgebungselements 3b angeordnet sind und die zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B auf der Innenseite angeordnet sind. Das heißt, die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A sind nur im äußersten Bereich angeordnet.
Infolgedessen kann die Anzahl erster fotoelektrischer Umwandlungselemente 17A reduziert werden. Daher kann die Anzahl an FDs 20 gegenüber einem Fall signifikant reduziert werden, in dem die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A in all den fotoelektrischen Umwandlungselementen 17 angeordnet sind.
Das in 33 veranschaulichte Beispiel ist ein Beispiel, in dem die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A an vier Ecken des Bildgebungselements 3b angeordnet sind und die zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B in einem Bereich mit Ausnahme der vier Ecken angeordnet sind.
Infolgedessen kann die Anzahl erster fotoelektrischer Umwandlungselemente 17A weiter reduziert werden und kann die Anzahl an FDs 20 signifikanter verringert werden.
Man beachte, dass die in 32 und 33 veranschaulichten Beispiele nur Beispiele sind. Solange zumindest ein erstes fotoelektrisches Umwandlungselement 17A angeordnet ist, können verschiedene Arten einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung, die oben beschrieben wurden, ausgeführt werden.
Da die anderen fotoelektrischen Umwandlungselemente 17 als fotoelektrische Umwandlungselemente 17 zur Abstandsmessung genutzt werden, reicht es aus, das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B, mit dem die geringere Anzahl an FDs 20 verbunden ist, anzuordnen.
Wie in 32 und 33 veranschaulicht ist, ist es darüber hinaus, indem man mehr zweite fotoelektrische Umwandlungselemente 17B als die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A anordnet, möglich, zu einer Kostenreduzierung beizutragen.
Durch Anordnen der ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A im äußeren Randbereich 33 des Bildgebungselements 3b ist es außerdem möglich, die zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B, die die fotoelektrischen Umwandlungselemente 17 zur Abstandsmessung sind, in einem zentralen Bereich dicht anzuordnen. Daher können eine Abstandsmessfunktion und eine Gültigkeitsbestimmungsfunktion realisiert werden, ohne die Größe des Bildgebungselements 3b zu vergrößern. Man beachte, dass die Konfiguration, in der das zweite Einheitspixel 16B das einzige zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B und die zwei FDs 20 enthält, beschrieben wurde. Jedoch kann das zweite Einheitspixel 16B das einzige zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B und drei oder mehr (zum Beispiel vier oder acht) FDs 20 enthalten.
<3-9. Achtes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
In einem achten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung wird die Gültigkeit bestimmt und wird eine Abstandsmessverarbeitung ausgeführt.
Konkret wird eine Beschreibung mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen.
34 ist ein erstes Beispiel eines achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung. In diesem Beispiel werden die Abstandsmessverarbeitung und die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung auf der Basis einer Lichtempfangsverarbeitung ausgeführt. Man beachte, dass eine der im Flussdiagramm von 12 veranschaulichten Verarbeitung ähnliche Verarbeitung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet ist und deren Beschreibung entsprechend weggelassen wird.
Die Steuerungseinheit 4 führt die Bestrahlungsverarbeitung in Schritt S101 aus. Infolgedessen emittiert die Beleuchtungseinheit 2 Licht.
Die Steuerungseinheit 4 führt in Schritt S131 die Lichtempfangsverarbeitung aus. Bei der Lichtempfangsverarbeitung werden Daten zur Abstandsmessung auf der Basis der durch das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B umgewandelten Ladungsmenge erfasst. Darüber hinaus werden zur Gültigkeitsbestimmung verwendete Daten auf der Basis der durch das erste fotoelektrische Umwandlungselement 17A umgewandelten Ladungsmenge erfasst.
Die Steuerungseinheit 4 führt die Abstandsmessverarbeitung aus und erzeugt ein Abstandsbild in Schritt S132. Das heißt, eine Abstandsmessung unter Verwendung der Pixel-Signale Sa und Sb wird für jedes Pixel durchgeführt. Man beachte, dass, wie oben beschrieben wurde, eine Abstandsmessung unter Verwendung des ersten fotoelektrischen Umwandlungselements 17A ebenfalls durchgeführt werden kann. Das heißt, eine Abstandsmessung kann unter Verwendung der Summe Qa der in jeder FD 20 in der ersten Periode akkumulierten Ladungsmenge und der Summe Qb der in jeder FD 20 in der zweiten Periode akkumulierten Ladungsmenge durchgeführt werden. Infolgedessen kann beispielsweise selbst in einem Fall, in dem die fotoelektrischen Umwandlungselemente 17 wie in 32 angeordnet sind, eine Abstandsmessung für alle Pixel des Bildgebungselements 3b durchgeführt werden.
Die Steuerungseinheit 4 bestimmt in Schritt S103, ob die Lichtempfangswellenform gültig ist oder nicht.
Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S104 die Normal-Zeit-Verarbeitung aus, und, falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 die Anormal-Zeit-Verarbeitung in Schritt S105 aus.
35 ist ein zweites Beispiel des achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung. In diesem Beispiel werden die Bestrahlungsverarbeitung und die Lichtempfangsverarbeitung zweimal ausgeführt. Man beachte, dass eine der im Flussdiagramm in 12 veranschaulichten Verarbeitung ähnliche Verarbeitung mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet ist und deren Beschreibung entsprechend weggelassen wird.
Die Steuerungseinheit 4 führt eine Bestrahlungsverarbeitung zur Abstandsmessung zum Durchführen einer Bestrahlung für eine Abstandsmessung in Schritt S141 aus und führt eine Lichtempfangsverarbeitung für eine Abstandsmessung in Schritt S142 aus. Infolgedessen werden Daten zur Abstandsmessung auf der Basis der durch das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B umgewandelten Ladungsmenge erfasst.
Die Steuerungseinheit 4 führt die Abstandsmessverarbeitung aus und erzeugt ein Abstandsbild in Schritt S132.
Die Steuerungseinheit 4 führt in Schritt S143 eine Bestrahlungsverarbeitung für eine Bestimmung aus, um für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung genutzte Informationen zu erfassen, und führt in Schritt S144 eine Lichtempfangsverarbeitung für eine Bestimmung aus. Infolgedessen werden für eine Gültigkeitsbestimmung genutzte Daten erfasst.
Die Steuerungseinheit 4 bestimmt in Schritt S103, ob die Lichtempfangswellenform gültig ist oder nicht.
Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 die Normal-Zeit-Verarbeitung in Schritt S104 aus, und, falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 die Anormal-Zeit-Verarbeitung in Schritt S105 aus.
In diesem Beispiel kann das erste fotoelektrische Umwandlungselement 17A dafür konfiguriert sein, nur für die Gültigkeitsbestimmung genutzte Daten zu erzeugen, oder kann dafür konfiguriert sein, die für die Gültigkeitsbestimmung genutzten Daten und die Daten zur Abstandsmessung zu erzeugen.
36 ist ein drittes Beispiel des achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung. Dieses Beispiel ist ein Beispiel, in dem eine Abstandsmessung durchgeführt wird, nachdem die Gültigkeit bestätigt ist.
Die Steuerungseinheit 4 führt in Schritt S101 die Bestrahlungsverarbeitung und in Schritt S131 die Lichtempfangsverarbeitung aus. Infolgedessen werden für eine Gültigkeitsbestimmung genutzte Daten auf der Basis der durch das erste fotoelektrische Umwandlungselement 17A umgewandelten Ladungsmenge erfasst und werden die Daten zur Abstandsmessung auf der Basis der durch das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B umgewandelten Ladungsmenge erfasst.
Die Steuerungseinheit 4 bestimmt in Schritt S103, ob die Lichtempfangswellenform gültig ist oder nicht. Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, erzeugt die Steuerungseinheit 4 ein Abstandsbild, in dem in Schritt S132 die Abstandsmessverarbeitung ausgeführt wird.
Falls auf der anderen Seite bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, beendet die Steuerungseinheit 4 die Abfolge der Verarbeitung, die in 36 veranschaulicht ist.
Man beachte, dass in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, die Steuerungseinheit 4 die Abstandsmessverarbeitung in Schritt S132 ausführt und in Schritt S104 die Normal-Zeit-Verarbeitung ausführt. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, die Steuerungseinheit die Anormal-Zeit-Verarbeitung in Schritt S105 ausführen.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird die Gültigkeit vor der Abstandsmessverarbeitung bestimmt. Daher wird in einem Fall, in dem die Gültigkeit nicht bestätigt werden kann, die Abstandsmessverarbeitung nicht ausgeführt, sodass ein Umfang der Berechnungsverarbeitung reduziert werden kann. Das heißt, da die Verarbeitung effizient ausgeführt werden kann, ist es möglich, einen Beitrag zur Reduzierung des Stromverbrauchs zu leisten.
37 ist ein viertes Beispiel des achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung. Dieses Beispiel ist ein Beispiel, in dem eine Abstandsmessung durchgeführt wird, nachdem die Gültigkeit bestätigt ist.
Die Steuerungseinheit 4 führt die Bestrahlungsverarbeitung für eine Bestimmung in Schritt S143 aus und führt die Lichtempfangsverarbeitung für eine Bestimmung in Schritt S144 aus. Anschließend bestimmt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S103, ob die Lichtempfangswellenform gültig ist oder nicht.
Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S141 die Bestrahlungsverarbeitung für eine Abstandsmessung, um die Bestrahlung für eine Abstandsmessung durchzuführen, aus und führt in Schritt S142 die Lichtempfangsverarbeitung für eine Abstandsmessung aus. Infolgedessen werden Daten für eine Abstandsmessung auf der Basis der durch das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B umgewandelten Ladungsmenge erfasst.
Anschließend führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S132 die Abstandsmessverarbeitung aus, um ein Abstandsbild zu erzeugen.
Falls auf der anderen Seite bestimmt wird, dass die Lichtempfangswellenform nicht gültig ist, beendet die Steuerungseinheit 4 die Verarbeitungsabfolge, die in 37 veranschaulicht ist.
In diesem Beispiel wird wie im dritten Beispiel die Gültigkeit vor der Abstandsmessverarbeitung bestimmt. Daher wird in einem Fall, in dem die Gültigkeit nicht bestätigt werden kann, die Abstandsmessverarbeitung nicht ausgeführt, sodass ein Umfang einer Berechnungsverarbeitung reduziert werden kann. Das heißt, da die Verarbeitung effizient ausgeführt werden kann, ist es möglich, einen Beitrag zur Reduzierung des Stromverbrauchs zu leisten.
In jedem Beispiel des achten Beispiels der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung, das oben beschrieben wurde, kann die Gültigkeitsbestimmung periodisch bestätigt werden, indem die Verarbeitungsabfolge in bestimmten Zeitintervallen wiederholt ausgeführt wird, und die Verarbeitungsabfolge kann unregelmäßig wiederholt ausgeführt werden.
Darüber hinaus kann die Verarbeitungsabfolge jedes Mal ausgeführt werden, wenn eine Ausführungsanweisung empfangen wird.
Außerdem können die Abstandsmessverarbeitung und die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung gleichzeitig ausgeführt werden oder können zeitlich getrennt ausgeführt werden.
Falls die Verarbeitung gleichzeitig ausgeführt wird, nimmt die Verarbeitungsreihe, die innerhalb einer vorbestimmten Zeit verarbeitet werden kann, zu. Daher ist es möglich, die Genauigkeit des Abstandsmessergebnisses und die Geschwindigkeit zu verbessern.
Überdies kann in einem Fall, in dem die Verarbeitung zeitlich getrennt ausgeführt wird, die Verarbeitung so ausgeführt werden, dass Ausführungszeiten teilweise überlappen, oder so ausgeführt werden, dass die Ausführungszeiten nicht überlappen. Indem man die Verarbeitung so ausführt, dass die Ausführungszeiten nicht überlappen, kann eine Konzentration des Umfangs einer Berechnungsverarbeitung reduziert werden. Daher ist es möglich, den maximalen Stromverbrauch zu reduzieren.
<3-10. Neuntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein neuntes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung mittels einer Bildgebungsvorrichtung 1B, die eine Mustererzeugungseinheit enthält.
Ein Konfigurationsbeispiel der Bildgebungsvorrichtung 1B ist in 38 veranschaulicht. Die Bildgebungsvorrichtung 1B ist beispielsweise eine optische dreidimensionale Kamera. Die Bildgebungsvorrichtung 1B enthält eine Beleuchtungseinheit 2B, eine Bildgebungseinheit 3B, eine Steuerungseinheit 4, eine Anzeigeeinheit 5, eine Speichereinheit 6, einen Oszillator 34 und einen Verteiler 35.
Die Beleuchtungseinheit 2B enthält zusätzlich zu der Beleuchtungssteuerungseinheit 2a und der Laserlichtquelle 2b eine Mustererzeugungseinheit 36. Man beachte, dass außerdem die Beleuchtungseinheit 2B ferner ein Linsensystem enthalten kann, durch das das von der Laserlichtquelle 2b emittierte Licht hindurchgeht. Man beachte, dass in der oben beschriebenen Beleuchtungseinheit 2 ein Linsensystem vorgesehen werden kann, durch das von der Mustererzeugungseinheit 36 und der Laserlichtquelle 2b emittiertes Licht hindurchgeht.
Die Bildgebungseinheit 3B enthält zusätzlich zu der Linse 3a, dem Bildgebungselement 3b und einer Signalverarbeitungsschaltung 3Bc einen phasenempfindlichen Detektor 37.
Der Oszillator 34 gibt ein vorbestimmtes Modulationssignal (zum Beispiel ein Sinuswellensignal, ein Impulswellensignal, ein Rechteckwellensignal, ein Sägezahnwellensignal, ein Dreieckwellensignal oder dergleichen) ab. Das vom Oszillator 34 abgegebene Modulationssignal wird in den Verteiler 35 eingespeist.
Der Verteiler 35 teilt die eingespeisten Modulationssignale auf zwei auf und gibt die jeweiligen Signale an die Laserlichtquelleneinheit 2b und den phasenempfindlichen Detektor 37 ab.
Die Laserlichtquelle 2b emittiert Laserlicht, dessen Intensität auf der Basis des eingespeisten Modulationssignals moduliert ist.
Beispielsweise erzeugt die Mustererzeugungseinheit 36 ein vorbestimmtes Bestrahlungsintensitätsmuster durch Streuen des von der Laserlichtquelle 2b emittierten Lichts.
Die Objekte 100 und 101 werden mit dem erzeugten vorbestimmten Intensitätsmuster als Bestrahlungslicht mit einem vorbestimmten Spreizwinkel bestrahlt. Der vorbestimmte Spreizwinkel hier ist beispielsweise ein Winkel, unter dem ein Bestrahlungsbereich innerhalb eines momentanen Sichtfeldes des Bildgebungselements 3b liegt.
Das Bildgebungselement 3b empfängt über die Linse 3a eingetretenes Einfallslicht und führt auf der Basis der Steuerung durch die Steuerungseinheit 4 eine fotoelektrische Umwandlung für jedes Pixel durch. Das Signal, das für jedes Pixel fotoelektrisch umgewandelt wurde, ist ein Empfangssignal und wird an den phasenempfindlichen Detektor 37 abgegeben.
Der phasenempfindliche Detektor 37 weist eine Struktur auf, in der Elemente in einem zweidimensionalen Array in einer Reihen-Richtung und einer Spalten-Richtung angeordnet sind und jedes Element je einem Pixel des Bildgebungselements 3b entspricht. Das heißt, dass von einem bestimmten Pixel des Bildgebungselements 3b abgegebene Empfangssignal wird in ein Element des phasenempfindlichen Detektors 37 eingespeist.
Der phasenempfindliche Detektor 37 führt unter Verwendung des vom Verteiler 35 eingespeisten Modulationssignals eine Phasendetektion durch. Jedes Element des phasenempfindlichen Detektors 37 gibt ein Signal als Ergebnis der Phasendetektion (zum Beispiel ein komplexes Amplitudensignal) an den Multiplexer 38 ab.
Der Multiplexer 38 multiplexiert von den jeweiligen Elementen als das Ergebnis der Phasendetektion empfangene Signale, um eine Ausgabe zu erzeugen, in der die Signale sequentiell angeordnet sind. Das multiplexierte Signal, das zu einem Signal geformt wurde, wird an die Signalverarbeitungsschaltung 3Bc abgegeben.
In 39 ist ein Konfigurationsbeispiel der Signalverarbeitungsschaltung 3Bc veranschaulicht.
Die Signalverarbeitungsschaltung 3Bc enthält eine Intensitätsdetektionseinheit 39, eine erste Abstandsmesseinheit 40, eine zweite Abstandsmesseinheit 42 und eine Bildausgabeeinheit 43.
Die Signalverarbeitungsschaltung 3Bc verarbeitet das multiplexierte Signal vom Multiplexer 38 und berechnet eine dreidimensionale Form und gibt sie aus.
Die Intensitätsdetektionseinheit 39 detektiert die Signalintensität jedes Elements des phasenempfindlichen Detektors 37 aus dem vom Multiplexer 38 empfangenen multiplexierten Signal. Die Signalintensität jedes Elements, die durch die Intensitätsdetektionseinheit 39 detektiert wird, nimmt für ein Element (Pixel) zu, das mehr Emissionslicht von der Laserlichtquelleneinheit 2b empfängt, deren Intensität auf der Basis des vorbestimmten Modulationssignals moduliert wird. Signalintensitätsinformationen für jedes Element, die durch die Intensitätsdetektionseinheit 39 erfasst wurden, werden in die erste Abstandsmesseinheit 40 und die zweite Abstandsmesseinheit 41 als die nächste Stufe eingespeist.
Die erste Abstandsmesseinheit 40 führt die Abstandsmessung nach einem Triangulationsverfahren unter Verwendung der empfangenen Signalintensitätsinformationen durch. Die Abstandsmessung wird für jedes Element des phasenempfindlichen Detektors 37 und zusätzlich für jedes Pixel des Bildgebungselements 3b durchgeführt. Indem man eine Änderung der Empfangsintensität für jedes Element (oder Pixel) misst, wird konkret eine Abstandsinformation zum Objekt berechnet.
Die erste Abstandsmesseinheit 40 gibt auf der Basis der berechneten Abstandsinformationen Informationen einer dreidimensionalen Form (3D-Information) an die Berechnungseinheit 42 aus.
Die zweite Abstandsmesseinheit 41 führt unter Verwendung der empfangenen Signalintensitätsinformationen eine Abstandsmessung nach dem ToF-Verfahren durch. Die Abstandsmessung wird für jedes Element des phasenempfindlichen Detektors 37 und zusätzlich für jedes Pixel des Bildgebungselements 3b durchgeführt.
Die zweite Abstandsmesseinheit 41 gibt auf der Basis der berechneten Abstandsinformationen Informationen über die dreidimensionale Form (3D-Information) an die Berechnungseinheit 42 aus.
Die Berechnungseinheit 42 wählt für jedes Element des phasenempfindlichen Detektors 37 (das heißt für jedes Pixel des Bildgebungselements 3b) entweder die 3D-Informationen nach dem Triangulationsverfahren oder die 3D-Informationen nach dem ToF-Verfahren aus. Die ausgewählten 3D-Informationen werden an die Bildausgabeeinheit 43 ausgegeben.
Die Bildausgabeeinheit 43 berechnet eine endgültige dreidimensionale Form des Objekts auf der Basis der empfangenen 3D-Informationen für jedes Element (für jedes Pixel) und gibt das Ergebnis aus.
Man beachte, dass die Konfiguration der Signalverarbeitungsschaltung 3Bc, die in 39 veranschaulicht ist, zwei Abstandsmesseinheiten (eine erste Abstandsmesseinheit 40 und eine zweite Abstandsmesseinheit 41) enthält. Falls jedoch die Signalverarbeitungsschaltung 3Bc eine Abstandsmessung nach dem ToF-Verfahren durchführt, ist es nicht notwendig, die zweite Abstandsmesseinheit 41 einzubeziehen. In diesem Fall muss die Berechnungseinheit 42 keine Auswahlverarbeitung ausführen. Darüber hinaus reicht es aus, wenn die Bildausgabeeinheit 43 die dreidimensionale Form basierend auf dem Abstandsmessergebnis nach dem Triangulationsverfahren berechnet.
Die Bildgebungsvorrichtung 1B weist beispielsweise die in 38 und 39 veranschaulichten Konfigurationen auf, sodass die Beleuchtungseinheit 2B Laserlicht mit einem Punktmuster abgeben kann, in dem kleine spotartige Licht- (Spotlicht- )strahlen in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind.
Konkret sind Beispiele der Vielzahl an Spotlichtstrahlen, die von der Beleuchtungseinheit 2B emittiert werden, und Formen der Spotlichtstrahlen (Lichtempfangs-Spotform), die vom Bildgebungselement 3b empfangen werden, wenn die Vielzahl an zum Objekt emittierten Spotlichtstrahlen von der Bildgebungseinheit 3B abgebildet wird, in 40 veranschaulicht.
40 veranschaulicht Lichtpfade von fünf, von der Beleuchtungseinheit 2B emittierten Spotlichtstrahlen, bis die Spotlichtstrahlen das Objekt 100 erreichen. Darüber hinaus sind die Spotformen, die von den Spotlichtstrahlen auf dem Bildgebungselement 3b gebildet werden, wenn die auf das Objekt 100 projizierten Spotlichtstrahlen durch die Bildgebungseinheit 3B abgebildet werden, das heißt Lichtempfangs-Spotformen, veranschaulicht. Die Lichtempfangs-Spotform, die zu der Position gestrahlt wird, die die im Wesentlichen vordere Oberfläche der Beleuchtungseinheit 2B ist, ist eine perfekte Kreisform. Wenn die bestrahlte Position von der im Wesentlichen vorderen Oberfläche der Beleuchtungseinheit 2B getrennt bzw. entfernt ist, weicht die Lichtempfangs-Spotform von einer perfekten Kreisform ab und wird eine elliptische Form. In Bezug auf diese Formen gibt es jedoch einen Fall, in dem eine Unschärfe (ein Verwischen), Flecken oder Ähnliches berücksichtigt werden sollten.
Das heißt, je näher man der Mitte des Abbildungsbereichs kommt, desto näher kommt die Lichtempfangs-Wellenform des Lichts mit dem Punktmuster, das von der Beleuchtungseinheit 2B emittiert wird, einer perfekten Kreisform nahe. Dies verhält sich so, da die Positionen der Beleuchtungseinheit 2B und der Bildgebungseinheit 3B im Raum im Wesentlichen gleich sind.
41 veranschaulicht Lichtempfangs-Spotformen in einem Fall, in dem Licht mit einem Punktmuster, das von einer anderen Lichtquelle 200 als der Beleuchtungseinheit 2B zum Objekt 100 abgestrahlt wird, durch die Bildgebungseinheit 3B abgebildet wird.
Wie veranschaulicht ist, sind alle Lichtempfangs-Spotformen des Lichts mit dem Punktmuster, das von der anderen Lichtquelle abgestrahlt wurde, elliptische Formen. Darüber hinaus ist eine Abflachung einer Ellipse höher (nahe bei Eins) als jede in 40 veranschaulichte Lichtempfangs-Spotform.
Dies verhält sich so, da die Positionen der anderen Lichtquelle 200 und der Bildgebungseinheit 3B im Raum voneinander getrennt sind. Das heißt, selbst wenn die andere Lichtquelle 200 an der von der Bildgebungsvorrichtung 1B getrennten Position das Punktmuster zum Objekt emittiert, kann, indem die Lichtempfangs-Spotform detektiert wird, bestimmt werden, dass die andere Lichtquelle 200 keine gültige Lichtquelle ist.
Effizient ist, einen bestrahlbaren Bereich der Beleuchtungseinheit 2B und einen abbildbaren Bereich der Bildgebungseinheit 3B abzustimmen oder im Wesentlichen abzustimmen.
Das heißt, zumindest ein Teil der Beleuchtungseinheit 2B (zum Beispiel irgendeine der Laserlichtquelle 2b, der Mustererzeugungseinheit 36 oder des optischen Systems wie etwa eine Linse davor) und zumindest ein Teil der Bildgebungseinheit 3B (zum Beispiel ein Bildgebungselement 3b oder eine Linse 3a) sind unter dem gleichen oder im Wesentlichen gleichen Winkel in Bezug auf das Objekt 100 angeordnet. Infolgedessen wird zur normalen Zeit die Lichtempfangs-Spotform, die eine im Wesentlichen symmetrische Form wie etwa eine perfekte Kreisform ist, von der Bildgebungseinheit 3B detektiert.
Wenn die Position näher zur Mitte des Abbildungsbereichs liegt, ist es darüber hinaus möglich, die Lichtempfangs-Spotform einer symmetrischen Form anzunähern.
Auf der anderen Seite weisen zum Beispiel zur anormalen Zeit wie etwa in einem Fall, in dem eine andere Lichtquelle 200 eine Bestrahlung zum Zweck der Nachahmung durchführt, zumindest ein Teil der Bildgebungseinheit 3B und die andere Lichtquelle 200 oft unterschiedliche Anordnungswinkel in Bezug auf das Objekt 100 auf. Daher wird von der Bildgebungseinheit 3B eine Lichtempfangs-Spotform detektiert, die eine asymmetrische Form wie etwa eine elliptische Form ist.
Infolgedessen kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung basierend auf der Lichtempfangs-Spotform des Laserlichts ausgeführt werden.
Man beachte, dass in dem in 40 veranschaulichten Beispiel ein Beispiel beschrieben wurde, in dem die Anzahl an von der Beleuchtungseinheit 2B emittierten Spotlichtstrahlen Fünf beträgt. Jedoch kann die Anzahl mehr als Fünf betragen und kann zum Beispiel nur Eins sein. Falls jedoch die Anzahl an Spotlichtstrahlen eine Mehrfache ist, ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung basierend auf einer Änderungstendenz der Vielzahl an Lichtempfangs-Spotformen auszuführen. In einem Fall, in dem die Anzahl an Spotlichtstrahlen Eins beträgt, ist es, indem man zumindest einen partiellen Bereich des abbildbaren Bereichs mit einem Laserlichtstrahl bestrahlt, sodass der Laserlichtstrahl eine spezifische Trajektorie zeichnet, auf der anderen Seite möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung basierend auf der Änderungstendenz der Lichtempfangs-Spotform auszuführen. Beispielsweise ist es unter einer Messumgebung, in der einige der Spotlichtstrahlen diffus reflektiert werden, wünschenswert, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung basierend auf der Änderungstendenz der Lichtempfangs-Spotform auszuführen. Was die Grundlage der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist, kann natürlich ausgewählt oder gewechselt werden.
Man beachte, dass in diesem Beispiel die Form des von der Beleuchtungseinheit 2B emittierten Spotlichtstrahls eine perfekte Kreisform ist. Jedoch können andere Formen in Betracht gezogen werden. 42 ist eine Tabelle verschiedener Beispiele von Formen von Spotlichtstrahlen (Spotform).
Eine Spotform A ist eine oben beschriebene perfekte Kreisform. Eine Spotform B ist eine donut-artige Form. Außerdem werden verschiedene Formen wie etwa eine elliptische Form (Spotform C), eine ovale Form (Spotform D), eine Form, in der sich eine Vielzahl an Figuren überlappt (Spotform E), eine Form, die eine Vielzahl an Figuren enthält, die sich nicht überlappen (Spotform F), eine Dreieckform (Spotform G), eine Quadratform (Spotform H), eine Rechteckform (Spotform I), eine Trapezform (Spotform J), eine rhombische Form (Spotform K), eine fünfeckige Form (Spotform L), eine polygonale Form, die mehr als eine sechseckige Form ist Spotform M), eine sternförmige Form (Spotform N) oder dergleichen in Betracht gezogen. Jedoch kann zumindest ein Teil dieser Formen abgerundet, verschwommen (unscharf) sein, eine gesprenkelte bzw. Fleckform aufweisen oder dergleichen.
Für eine einfache Herstellung der Laserlichtquelle 2b und der Mustererzeugungseinheit 36 ist eine spiegelsymmetrische Form oder punktsymmetrische Form erwünscht. Insbesondere sind eine perfekte Kreisform (Spotform A) und eine donut-artige Form (Spotform B) wünschenswert.
Um eine Duplizierung des Laserlichts zu erschweren, ist darüber hinaus eine andere Spotform als die perfekte Kreisform wünschenswert und ist insbesondere eine nicht spiegelsymmetrische Spotform oder nicht punktsymmetrische Spotform erwünscht.
Die Spotform des Laserlichts kann beispielsweise unter Verwendung eines strahlformenden Elements geformt werden.
Man beachte, dass, um die Gültigkeit der Laserlichtquelle 2b auf der Basis der Lichtempfangs-Spotform des Laserlichts zu bestätigen, zum Beispiel in Anbetracht der Detektion einer zwei- oder mehrfachen Formänderung in der Spotform, es vorzuziehen ist, dass eine Fläche eines Bestrahlungsbereichs zumindest gleich 25 % einer Fläche des abbildbaren Bereichs oder geringer ist.
<3-11. Zehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein zehntes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel, in dem die Beleuchtungseinheit 2B Laserlicht mit einem Punktmuster abstrahlt, in dem eine Vielzahl an Spotlichtstrahlen in einer vorbestimmten Position angeordnet ist.
Jede der 43 bis 45 veranschaulicht ein Beispiel eines Punktmusters. Man beachte, dass das in jeder Zeichnung veranschaulichte Punktmuster ein Teil des von der Beleuchtungseinheit 2B abgestrahlten Beleuchtungsmusters (abgestrahltes Punktmuster) ist.
43 veranschaulicht ein Punktmuster, das zur Abstandsmessung nach dem Triangulationsverfahren verwendet wird. Konkret ist ein Punktmuster veranschaulicht, in dem Spotlichtstrahlen unregelmäßig angeordnet sind.
44 veranschaulicht ein Punktmuster, in dem Spotlichtstrahlen regelmäßig angeordnet sind. Solch ein Punktmuster kann für die Abstandsmessung nach dem Triangulationsverfahren verwendet werden.
45 veranschaulicht ein Beispiel, in dem ein Punktmuster durch periodisches Wiederholen einer Gruppe von eine Vielzahl an Spotlichtstrahlen enthaltenden Spotlichtstrahl-Gruppen gebildet wird.
Beispielsweise enthält die Beleuchtungseinheit 2B der Bildgebungsvorrichtung 1B ein optisches Beugungselement, so dass eine Spotlichtstrahl-Gruppe dupliziert werden kann.
In diesem Fall kann Laserlicht mit einem Punktmuster, das eine große Anzahl an Spotlichtstrahlen enthält, mit einer einfachen Konfiguration erzeugt werden. Da das Punktmuster ein Wiederholungsmuster der Spotlichtstrahl-Gruppe ist, kann darüber hinaus ein Teil der Berechnung einer Abstandsmessung gemeinsam durchgeführt werden und ist es möglich, eine für die Berechnung erforderliche Zeit zu verkürzen und die Last einer Verarbeitungseinheit zu reduzieren.
Das in jeder Zeichnung veranschaulichte Punktmuster kann für die Abstandsmessung nach dem ToF-Verfahren verwendet werden.
Ein auf dem Bildgebungselement 3b erzeugtes Punktmuster (Lichtempfangs-Punktmuster), wenn die Beleuchtungseinheit 2B das Objekt mit dem in 44 veranschaulichten Punktmuster bestrahlt und die Bildgebungseinheit 3B das Objekt abbildet, ist in 46 veranschaulicht.
Der veranschaulichte Zustand gibt einen Zustand an, in dem die Lichtempfangs-Spotform innerhalb eines Gebiets für ein Pixel vorgesehen bzw. geliefert wird.
Darüber hinaus ist ein Beispiel einer Lichtempfangs-Spotform in einem Fall, in dem eine ungültige (andere Lichtquelle 200 ein Punktmuster abstrahlt, in 47 veranschaulicht.
Da die Lichtempfangs-Spotform wie veranschaulicht eine elliptische Form ist, liegt die Lichtempfangs-Spotform nicht innerhalb des Gebiets für ein Pixel und wird Licht über ein Gebiet für zwei Pixel empfangen.
Wie in 46 und 47 veranschaulicht ist, ist es in einem Fall, in dem eine Bedingung wie „die Gesamtzahl an Spotlichtstrahlen eines Laserlichts * 4 ≦ Gesamtzahl an Pixeln in einem Bildgebungselement 3b“ erfüllt ist, möglich, die Gültigkeit der Laserlichtquelle auf der Basis der Lichtempfangs-Spotform des Laserlichts zu bestätigen.
Ein Beispiel einer von der Steuerungseinheit 4 in diesem Beispiel ausgeführten Verarbeitung ist in 48 veranschaulicht. Man beachte, dass eine der Verarbeitung in jedem oben beschriebenen Flussdiagramm ähnlichen Verarbeitung mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet ist und deren Beschreibung entsprechend weggelassen wird.
Die Steuerungseinheit 4 führt die Bestrahlungsverarbeitung in Schritt S101 aus und führt die Lichtempfangsverarbeitung in Schritt S102 aus. Infolgedessen wird beispielsweise ein auf einem in 46 veranschaulichten Lichtempfangs-Punktmuster basierendes Signal erfasst.
Die Steuerungseinheit 4 führt in Schritt S151 die Verzweigungsverarbeitung aus, um zu bestimmen, ob die Lichtempfangs-Spotform gültig ist oder nicht.
Falls bestimmt wird, dass die Lichtempfangs-Spotform gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S104 die Normal-Zeit-Verarbeitung aus, und, falls bestimmt wird, dass Lichtempfangs-Spotform nicht gültig ist, führt die Steuerungseinheit 4 in Schritt S105 die Anormal-Zeit-Verarbeitung aus.
<3-12. Elftes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein elftes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel, in dem eine Bestimmung auf der Basis der Anzahl an Lichtempfangs-Spotlichtstrahlen vorgenommen wird.
Konkret wird die Gültigkeit der Laserlichtquelle bestätigt, indem die Anzahl an Spotlichtstrahlen, die im abgestrahlten Punktmuster enthalten sind, (die Anzahl an Bestrahlungsspots) und die Anzahl an Lichtempfangs-Spotlichtstrahlen, die im Lichtempfangs-Punktmuster enthalten sind, (die Anzahl an Lichtempfangs-Spots) verglichen werden.
49 veranschaulicht beispielsweise ein Beispiel eines Lichtempfangs-Punktmusters, in dem das Ergebnis einer Gültigkeitsbestimmung „ungültig“ ist.
Wie veranschaulicht empfängt das Bildgebungselement 3b zusätzlich zu gültigen Spotlichtstrahlen Licht ungültiger Spotlichtstrahlen.
Darüber hinaus veranschaulicht 50 ähnlich ein Beispiel eines Lichtempfangs-Punktmusters, in dem das Ergebnis einer Gültigkeitsbestimmung „ungültig“ ist. Wie veranschaulicht ist, ist, falls die Anzahl an im Lichtempfangs-Punktmuster enthaltenen Lichtempfangs-Spotlichtstrahlen um zumindest Eins größer ist als die Anzahl an im abgestrahlten Punktmuster enthaltenen Spotlichtstrahlen, das Ergebnis einer Gültigkeitsbestimmung „ungültig“.
Man beachte, dass in einem Fall, in dem die Anzahl an Lichtempfangs-Spots geringer als die Anzahl an Bestrahlungs-Spots ist, ein Fall betrachtet wird, in dem es nicht möglich ist, eine Detektion durchzuführen, da das reflektierte Licht vom Objekt zu schwach ist. Daher kann das Ergebnis einer Gültigkeitsbestimmung „gültig“ sein. Man beachte, dass in diesem Fall auf der Basis eines Abstands und einer Anordnung zwischen den Lichtempfangs-Spotlichtstrahlen bestimmt werden kann, ob das Bestimmungsergebnis gültig ist oder nicht.
<3-13. Zwölftes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein zwölftes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel eines Falls, in dem die Lichtempfangs-Spotform in Bezug auf die Größe des Einheitspixels 16 des Bildgebungselements 3b größer ist. Konkret wird dies mit Verweis auf 51 und 52 beschrieben.
51 ist ein Beispiel, in dem ein Lichtempfangs-Spotlichtstrahl in einem 25 Einheitspixel 16 enthaltenden Bereich positioniert ist. Da die Ladungsmenge, die in dem in der Mitte positionierten Einheitspixel 16 akkumuliert wird, Null ist, kann in diesem Beispiel eine donut-artige Spotform geeignet bestimmt werden.
52 ist darüber hinaus ein Beispiel, in dem ein Lichtempfangs-Spotlichtstrahl in einem 25 Einheitspixel 16 umfassenden Bereich positioniert ist. Das Lichtempfangs-Spotlicht basiert auf Licht, das von einer anderen Lichtquelle 200, die ungültig ist, emittiert wurde.
Obgleich eine Außenform des Lichtempfangs-Spotlichts in allen Figuren gleich, ist die Ladungsmenge, die in dem in der Mitte positionierten Einheitspixel 16 akkumuliert wird, in 52 nicht Null. Daher ist es möglich, zu erfassen, dass sich das Lichtempfangs-Spotlicht vom Lichtempfangs-Spotlicht der gültigen Laserlichtquelle 2b unterscheidet.
Man beachte, dass es, um eine Spotform mit einer donutartigen Form geeignet zu bestimmen, ausreicht, dass andere Einheitspixel 16 so angeordnet sind, dass sie ein bestimmtes Einheitspixel 16 umgeben. Falls die Form des Einheitspixels 16 ein Dreieck oder im Wesentlichen ein Dreieck ist, gilt „die Gesamtzahl an Spotlichtstrahlen eines Laserlichts * 4 ≦ die Gesamtzahl an Pixeln des Bildgebungselements 3b“, falls die Form des Einheitspixels 16 ein Viereck oder im Wesentlichen ein Viereck ist, gilt „die Gesamtzahl an Spotlichtstrahlen eines Laserlichts * 5 ≦ die Gesamtzahl an Pixeln des Bildgebungselements 3b“, falls die Form des Einheitspixels 16 ein Fünfeck oder im Wesentlichen ein Fünfeck ist, gilt „die Gesamtzahl an Spotlichtstrahlen eines Laserlichts * 6 ≦ die Gesamtzahl an Pixeln des Bildgebungselements 3b“, und, falls die Form des Einheitspixels 16 eine sechseckige Form oder eine im Wesentlichen sechseckige Form ist, gilt „die Gesamtzahl an Spotlichtstrahlen eines Laserlichts * 7 ≦ die Gesamtzahl an Pixeln eines Bildgebungselements 3b“. Es reicht aus, dass zumindest ein Teil des Abbildungsbereichs diese Bedingungen erfüllt.
Indem man die Bestrahlungs-Spotform kompliziert macht, erschwert man auf diese Weise eine Nachahmung des Laserlichts und ist es möglich, die Genauigkeit der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung zu verbessern.
<3-14. Dreizehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein dreizehntes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel, in dem die Gültigkeit auf der Basis eines Lichtempfangs-Punktmusters bestimmt wird.
53 veranschaulicht zunächst ein Lichtempfangs-Punktmuster, wenn ein von der gültigen Laserlichtquelle 2b emittiertes und zum Objekt emittiertes abgestrahltes Punktmuster abgebildet wird.
Als Nächstes veranschaulicht 54 ein Lichtempfangs-Punktmuster, wenn ein von einer ungültigen anderen Lichtquelle 200 emittiertes abgestrahltes Punktmuster abgebildet wird. Der obige Fall kann einen Fall einschließen, in dem reflektiertes Licht eines von der ungültigen anderen Lichtquelle 200 emittierten Lichts, das vom Objekt reflektiert wurde, empfangen wird, oder einen Fall, in dem Licht, das von der anderen Lichtquelle 200 direkt eingetreten ist, empfangen wird.
Die Gültigkeit der Laserlichtquelle kann bestimmt werden, indem die Lichtempfangs-Punktmuster in 53 und 54 verglichen werden.
Man beachte, dass solch eine Gültigkeitsbestimmung in einem Fall eines abgestrahlten Punktmusters durchgeführt werden kann, in dem Spotlichtstrahlen zufällig angeordnet sind, und in einem Fall, in dem das Bildgebungselement 3B die zufällige Anordnung erfasst. In diesem Beispiel und anderen Beispielen unten sind die Bildgebungseinheit 3B und die Beleuchtungseinheit 2B, die das Laserlicht abstrahlt, in der gleichen Bildgebungsvorrichtung 1B vorgesehen, und die Bildgebungseinheit 3B kann das zufällig abgestrahlte Punktmuster, das von der Beleuchtungseinheit 2B abgestrahlt wird, erfassen. Daher ist es möglich, die oben beschriebene Gültigkeitsbestimmung durchzuführen.
Man beachte, dass, wie in 55 veranschaulicht ist, in einem Fall, in dem die Lichtempfangs-Spotformen verschieden sind, selbst wenn das Lichtempfangs-Spotlicht korrekt angeordnet ist, bestimmt wird, dass ungültiges Licht empfangen wird.
<3-15. Vierzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein vierzehntes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel in einem Fall, in dem die Laserlichtquelle 2b als die andere Lichtquelle 200 genutzt wird.
Ein Lichtempfangs-Punktmuster, wenn das Objekt mit Licht bestrahlt wird, das von der in der Bildgebungsvorrichtung 1B enthaltenen Laserlichtquelle 2b über die Mustererzeugungseinheit 36 emittiert wird, und dessen reflektiertes Licht durch die Bildgebungseinheit 3B abgebildet wird, ist in 53 veranschaulicht.
Darüber hinaus ist in 56 ein Lichtempfangs-Punktmuster in einem Fall veranschaulicht, in dem eine Laserlichtquelle als die andere Laserlichtquelle 200, die an der Position positioniert ist, die der Bildgebungsvorrichtung 1B im Wesentlichen gegenüberliegt, ähnlich wie die in der Bildgebungsvorrichtung 1B enthaltene Laserlichtquelle 2b hergestellt wird, falls ein von der anderen Lichtquelle 200 emittiertes abgestrahltes Punktmuster von der Bildgebungseinheit 3B der Bildgebungsvorrichtung 1B empfangen wird.
In jeder beliebigen der 53 bis 56 sind die abgestrahlten Punktmuster gleich. Allerdings sind die Lichtempfangs-Punktmuster in 53 und 56 spiegelsymmetrisch.
In solch einem Fall kann auf der Basis des in 56 veranschaulichten Lichtempfangs-Punktmusters bestimmt werden, dass die in der anderen Lichtquelle 200 enthaltene Laserlichtquelle ungültig ist, und ist es möglich, die Position der anderen Lichtquelle 200 grob zu erfassen. Das heißt, falls eine nebensprechende Person oder ein böswilliger Angreifer die andere Lichtquelle 200 nutzt, ist es möglich, die Position der anderen Lichtquelle 200 zu spezifizieren, und ist es möglich, mit einer fehlerhaften Messung und Angriffen umzugehen.
Man beachte, dass in einem Fall, in dem das in 55 im zwölften Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oben veranschaulichte Lichtempfangs-Punktmuster erfasst wird, die Anordnung des Lichtempfangs-Spotlichts korrekt ist, und daher kann man verstehen, dass die andere Lichtquelle 200 und die Bildgebungsvorrichtung 1B in Bezug auf das Objekt an der gleichen Position positioniert sind. Da die Lichtempfangs-Spotform eine vertikal lange Ellipse ist, ist es möglich, abzuschätzen, dass die Bildgebungsvorrichtung 1B und die andere Lichtquelle 200 an verschiedenen Positionen der vertikalen Richtung positioniert sind.
Selbst wenn die Form des abgestrahlten Spotlichtstrahls eine asymmetrische Form ist, ist es darüber hinaus möglich, eine Abstrahlungsposition der anderen Lichtquelle 200 gemäß der Lichtempfangs-Spotform zu erfassen. Man beachte, dass Informationen in Bezug auf die Abstrahlungsposition der anderen Lichtquelle 200 für Spieleanwendungen oder verschiedene Anwendungen verwendet werden können.
<3-16. Fünfzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein fünfzehntes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein anderes Beispiel eines Falls, in dem die Laserlichtquelle 2b als die andere Lichtquelle 200 genutzt wird.
In 53 ist ein Lichtempfangs-Punktmuster veranschaulicht, das sich ergibt, wenn das Objekt mit dem Licht bestrahlt wird, das von der in der Bildgebungsvorrichtung 1B enthaltenen gültigen Laserlichtquelle 2b über die Mustererzeugungseinheit 36 emittiert wird, und das reflektierte Licht durch die Bildgebungseinheit 3B abgebildet wird, das heißt ein Lichtempfangs-Punktmuster, das als gültig bestimmt wird.
Auf der anderen Seite ist 57 ein Lichtempfangs-Punktmuster in einem Fall, in dem eine in einer anderen Bildgebungsvorrichtung AC enthaltene Laserlichtquelle 2b als die andere Lichtquelle 200 genutzt wird, das Objekt mit dem von der anderen Laserlichtquelle 2b emittierten Licht über eine in der anderen Bildgebungsvorrichtung AC enthaltene Mustererzeugungseinheit 36 bestrahlt wird und das reflektierte Licht durch die Bildgebungseinheit 3B der Bildgebungsvorrichtung 1B empfangen wird.
Vergleicht man 53 mit 57 ist das in 57 veranschaulichte Lichtempfangs-Punktmuster ein Muster, das erhalten wird, indem das in 53 veranschaulichte Punktmuster um 180 Grad gedreht wird. Man beachte, dass, ob ein Muster das um 180 Grad gedrehte Muster ist oder nicht, mittels einer Asymmetrie des abgestrahlten Punktmusters bestimmt werden kann.
Falls das in 57 veranschaulichte Lichtempfangs-Punktmuster detektiert wird, wird bestimmt, dass die Laserlichtquelle eine ungültige Laserlichtquelle ist, und eine Position und eine Lage der anderen Bildgebungsvorrichtung AC, die die Laserlichtquelle 2b als die andere Lichtquelle 200 enthält, können abgeschätzt werden.
Wie in 58 beispielsweise veranschaulicht ist, befindet sich die Bildgebungsvorrichtung 1B in einer Lage, in der ein Bereich einer oberen Oberfläche nach oben (Himmel) gerichtet ist und ein Bereich einer unteren Oberfläche nach unten (Boden) gerichtet ist, und befindet sich die andere Bildgebungsvorrichtung AC in einer Lage, in der ein Bereich einer oberen Oberfläche nach unten (Boden) gerichtet ist und ein Bereich einer unteren Oberfläche nach oben (Himmel) gerichtet ist. Wenn die beiden Bildgebungsvorrichtungen die beiden abgestrahlten Punktmuster in einem Zustand abstrahlen, in dem die zwei Bildgebungsvorrichtungen um 180 Grad relativ gedreht sind, erscheint auf diese Weise der Unterschied zwischen den in 53 und 57 veranschaulichten Lichtempfangs-Punktmustern.
Das heißt, in einem Fall, in dem das in 57 veranschaulichte Lichtempfangs-Punktmuster abgebildet wird, stellt man fest, dass das Laserlicht ungültiges Laserlicht von der anderen Bildgebungsvorrichtung AC ist, und wird abgeschätzt, dass die andere Bildgebungsvorrichtung AC sich in einer in Bezug auf die Bildgebungsvorrichtung 1B um 180 Grad gedrehten Lage befindet, und es kann abgeschätzt werden, dass die andere Bildgebungsvorrichtung AC in Bezug auf das Objekt 100 in der gleichen Richtung wie die Bildgebungsvorrichtung 1B positioniert ist.
<3-17. Sechzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein sechzehntes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist noch ein anderes Beispiel eines Falls, in dem die Laserlichtquelle 2b als die andere Laserlichtquelle 200 genutzt wird.
In 53 ist ein Lichtempfangs-Punktmuster, das sich ergibt, wenn das Objekt mit dem Licht bestrahlt wird, das von der in Bildgebungsvorrichtung 1B enthaltenen gültigen Laserlichtquelle 2b über die Mustererzeugungseinheit 36 abgestrahlt wird, und das reflektierte Licht durch die Bildgebungseinheit 3B abgebildet wird, das heißt ein als gültig bestimmtes Lichtempfangs-Punktmuster, veranschaulicht.
59 ist ein Lichtempfangs-Punktmuster in einem Fall, in dem eine in einer anderen Bildgebungsvorrichtung AC enthaltene Laserlichtquelle 2b als die andere Lichtquelle 200 genutzt wird, das Objekt mit dem von der anderen Laserlichtquelle 2b emittierten Licht über die in der anderen Bildgebungsvorrichtung AC enthaltenen Mustererzeugungseinheit 36 bestrahlt wird und das reflektierte Licht von der Bildgebungseinheit 3B der Bildgebungsvorrichtung 1B empfangen wird.
Vergleicht man 53 mit 59, ist das in 59 veranschaulichte Lichtempfangs-Punktmuster ein Muster, das erhalten wird, indem das in 53 veranschaulichte Punktmuster um etwa 15 Grad in Richtung des Uhrzeigersinns gedreht wird.
Falls das in 59 veranschaulichte Lichtempfangs-Punktmuster detektiert wird, kann bestimmt werden, dass das Lichtempfangs-Punktmuster nicht das von der in der Bildgebungsvorrichtung 1B enthaltenen gültigen Laserlichtquelle 2b abgestrahlte Punktmuster ist.
Man beachte, dass, da die Beleuchtungseinheit 2B und die Bildgebungseinheit 3B an einer Außenseite oder Innenseite der Bildgebungsvorrichtung 1B fixiert sind, die Beleuchtungseinheit 2B und die Bildgebungseinheit 3B entsprechend der Drehung der Bildgebungsvorrichtung 1B gedreht werden. Ähnlich wird die in der anderen Bildgebungsvorrichtung AC enthaltene Beleuchtungseinheit (andere Lichtquelle 200) entsprechend der Drehung der anderen Bildgebungsvorrichtung AC gedreht.
Das heißt, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung kann ausgeführt werden, indem Messdaten in Bezug auf einen Drehwinkel einer Lichtquelle, die eine Bestrahlung durchführt, auf der Basis von Messdaten des durch die Bildgebungseinheit 3B erfassten Lichtempfangs-Punktmusters extrahiert und die Messdaten mit einer Referenzbedingung verglichen werden. Indem man die Gültigkeit nur bestimmt, falls die Messdaten mit der Referenzbedingung übereinstimmen oder im Wesentlichen übereinstimmen, wird eine fehlerhafte Messung durch eine nebensprechende Person reduziert und ist es möglich, einen Betrug durch einen böswilligen Angreifer zu verhindern. Auf der anderen Seite können die Informationen in Bezug auf den Drehwinkel der anderen Lichtquelle 200 für Spieleanwendungen und verschiedene Anwendungen verwendet werden.
<3-18. Siebzehntes Beispiel einer Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung>
Ein siebzehntes Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ist ein Beispiel einer Bildgebungsvorrichtung 1C, die eine Bildgebungseinheit 3C enthält, die ein eine Einzelphotonen-Lawinendiode (SPAD) nutzendes Bildgebungselement 3Cb enthält.
In 60 ist ein Konfigurationsbeispiel des Bildgebungselements 3Cb veranschaulicht.
Die Bildgebungselement 3Cb enthält eine Pixel-Arrayeinheit 7C und eine eine Vorspannung anlegende Einheit 45.
Die Pixel-Arrayeinheit 7C ist eine lichtempfangende Oberfläche, die durch die Linse 3a gesammeltes Licht empfängt und in der eine Vielzahl an SPAD-Pixeln 46 in einem zweidimensionalen Array in der Reihen-Richtung und der Spalten-Richtung angeordnet ist.
Wie in 60 vergrößert und veranschaulicht ist, enthält das SPAD-Pixel 46 ein SPAD-Element 47, einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) 48 vom p-Typ und einen CMOS-Inverter 49.
Das SPAD-Element 47 bildet einen Lawinenvervielfältigungsbereich, indem eine große negative Spannung VBD an eine Kathode angelegt wird, und vervielfältigt durch Einfall eines Photons erzeugte Elektronen lawinenartig.
Falls eine Spannung, die durch die durch das SPAD-Element 47 lawinenartig vervielfältigten Elektronen verursacht wird, die negative Spannung VBD erreicht, führt der MOSFET 48 vom p-Typ eine Löschung durch, um die durch das SPAD-Element 47 vervielfältigten Elektronen freizusetzen und zu einer anfänglichen Spannung zurückzukehren.
Der CMOS-Inverter 49 formt die durch die mittels des SPAD-Elements 47 vervielfältigten Elektronen erzeugte Spannung, um so ein Lichtempfangssignal (APD OUT) abzugeben, in dem eine von einer Ankunftszeit eines Photons an beginnende Impulswellenform erzeugt wird.
Die eine Vorspannung anlegende Einheit 45 legt eine Vorspannung an jedes der Vielzahl von in der Pixel-Arrayeinheit 7C angeordneten SPAD-Pixeln 46 an.
Das Bildgebungselement 3Cb mit solch einer Konfiguration gibt das Lichtempfangssignal für jedes SPAD-Pixel 46 an die Signalverarbeitungsschaltung 3c in der nachfolgenden Stufe ab.
Beispielsweise führt die Signalverarbeitungsschaltung 3c eine Berechnungsverarbeitung aus, um einen Abstand zum Objekt auf der Basis eines Zeitpunktes zu erhalten, zu dem ein Impuls, der die Ankunftszeit eines Photons angibt, in jedem Lichtempfangssignal erzeugt wird, und erfasst Abstandsmessdaten für jedes SPAD-Pixel 46. Die Signalverarbeitungsschaltung 3c erzeugt ein Abstandsbild, das auf dem Abstand zum Objekt basiert, der durch die Vielzahl an SPAD-Pixeln 46 auf der Basis dieser Stücke der Abstandsmessdaten detektiert wird.
Mit Verweis auf 61 und 62 wird ein Konfigurationsbeispiel des einzelnen SPAD-Pixels 46 und peripherer Bereiche beschrieben.
61 ist eine Querschnittsansicht des SPAD-Pixels 46. 62 ist eine Draufsicht des SPAD-Pixels 46.
Das Bildgebungselement 3Cb weist eine gestapelte Struktur auf, in der ein Sensorsubstrat 50, ein sensorseitige Verdrahtungsschicht 51 und ein logikseitige Verdrahtungsschicht 52 gestapelt sind und ein (nicht veranschaulichtes) Logikschaltungssubstrat auf die logikseitige Verdrahtungsschicht 52 gestapelt ist.
Auf dem Logikschaltungssubstrat sind beispielsweise die eine Vorspannung anlegende Einheit 45, der MOSFET 48 vom p-Typ, der CMOS-Inverter 49 und dergleichen ausgebildet.
Beispielsweise kann das Bildgebungselement 3Cb hergestellt werden, indem die sensorseitige Verdrahtungsschicht 51 auf dem Sensorsubstrat 50 ausgebildet wird, die logikseitige Verdrahtungsschicht 52 auf dem Logikschaltungssubstrat ausgebildet wird und dann die sensorseitige Verdrahtungsschicht 51 und die logikseitige Verdrahtungsschicht 52 mit einer Bonding-Oberfläche (durch eine gestrichelte Linie in 61 angegebenen Oberfläche) gebondet werden.
Das Sensorsubstrat 50 ist beispielsweise ein Halbleitersubstrat aus dünn in Scheiben geschnittenem einkristallinem Silizium, eine Störstellenkonzentration vom p-Typ oder n-Typ wird gesteuert bzw. kontrolliert, und das SPAD-Element 47 ist für jedes SPAD-Pixel 46 ausgebildet.
Darüber hinaus ist in 61 eine Oberfläche auf der entgegengesetzten Seite der Bonding-Oberfläche des Sensorsubstrats 50 eine lichtempfangende Oberfläche, die Licht empfängt.
Auf der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 51 und der logikseitigen Verdrahtungsschicht 52 sind eine Verdrahtung, um eine an das SPAD-Element 47 anzulegende Spannung bereitzustellen, eine Verdrahtung, um durch das SPAD-Element 47 erzeugte Ladungen (Elektronen) aus dem Sensorsubstrat 50 zu extrahieren, oder dergleichen ausgebildet.
Das SPAD-Element 47 enthält eine N-Wanne 53, die auf dem Sensorsubstrat 50 ausgebildet ist, eine Diffusionsschicht 54 vom P-Typ, eine Diffusionsschicht 55 vom N-Typ, eine Lochakkumulationsschicht 56, eine Pinning-Schicht 57 und eine Diffusionsschicht 58 vom P-Typ mit hoher Konzentration.
Im SPAD-Element 47 ist ein Lawinenvervielfältigungsbereich 59 mit einer Verarmungsschicht ausgebildet, der in einem Bereich ausgebildet ist, in dem die Diffusionsschicht 54 vom P-Typ mit der Diffusionsschicht 55 vom N-Typ verbunden ist.
Die N-Wanne 53 wird gebildet, indem die Störstellenkonzentration des Sensorsubstrats 50 auf den n-Typ gesteuert wird, und bildet ein elektrisches Feld, das die mittels fotoelektrischer Umwandlung durch das SPAD-Element 47 erzeugten Elektronen zum Lawinenvervielfältigungsbereich 59 überträgt.
Man beachte, dass anstelle der N-Wanne 53 eine P-Wanne gebildet werden kann, indem die Störstellenkonzentration des Sensorsubstrats 50 auf einen p-Typ gesteuert wird.
Die Diffusionsschicht 54 vom P-Typ ist eine dichte Diffusionsschicht vom P-Typ, die nahe der Oberfläche des Sensorsubstrats 50 und auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche in Bezug auf die Diffusionsschicht 55 vom N-Typ ausgebildet ist und über eine im Wesentlichen vordere Oberfläche des SPAD-Elements 47 ausgebildet ist.
Die Diffusionsschicht 55 vom N-Typ ist eine dichte Diffusionsschicht vom N-Typ, die nahe der Oberfläche des Sensorsubstrats 50 ausgebildet ist und in Bezug auf die Diffusionsschicht 54 vom P-Typ auf der Seite der Bonding-Oberfläche ausgebildet ist, und ist über die im Wesentlichen vordere Oberfläche des SPAD-Elements 47 ausgebildet.
Um mit einer (später beschriebenen) ersten Kontaktelektrode 63 zu verbinden, um eine negative Spannung bereitzustellen, die genutzt wird, um den Lawinenvervielfältigungsbereich 59 zu bilden, weist die Diffusionsschicht 55 vom N-Typ eine konvexe Form auf, von der ein Teil zur Oberfläche des Sensorsubstrats 50 ausgebildet ist.
Die Lochakkumulierungsschicht 56 ist eine Diffusionsschicht vom P-Typ, die so ausgebildet ist, dass sie die seitlichen Oberflächen und die Bodenfläche der N-Wanne 53 umgibt, und akkumuliert Löcher. Die Lochakkumulierungsschicht 56 ist mit einer Anode des SPAD-Elements 47 elektrisch verbunden, und eine Vorspannung kann eingestellt werden. Daher wird eine Lochkonzentration der Lochakkumulationsschicht 56 verstärkt, und ein Pinning, das die Pinning-Schicht 57 einschließt, wird so verstärkt, dass beispielsweise die Erzeugung eines Dunkelstroms verhindert werden kann.
Die Pinning-Schicht 57 ist eine dichte Diffusionsschicht vom P-Typ, die auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche der Lochakkumulationsschicht 56 und auf der Oberfläche auf der Seite des benachbarten SPAD-Elements 47 ausgebildet ist, und verhindert beispielsweise ähnlich der Lochakkumulationsschicht 56 die Erzeugung des Dunkelstroms.
Die Diffusionsschicht 58 vom P-Typ mit hoher Konzentration ist eine dichte Diffusionsschicht vom P-Typ, die nahe der Oberfläche des Sensorsubstrats 50 so ausgebildet ist, dass sie einen äußeren Umfang der N-Wanne 53 umgibt, und wird genutzt, um mit einer (später beschriebenen) zweiten Kontaktelektrode 64 zu verbinden, die die Lochakkumulationsschicht 56 mit der Anode des SPAD-Elements 47 elektrisch verbindet.
Der Lawinenvervielfältigungsbereich 59 ist ein Bereich mit einem hohen elektrischen Feld, der auf einer Grenzfläche zwischen der Diffusionsschicht 54 vom P-Typ und der Diffusionsschicht 55 vom N-Typ durch eine an die Diffusionsschicht 55 vom N-Typ angelegte große negative Ladung ausgebildet wird, und vervielfältigt durch ein in das SPAD-Element 47 eintretendes Photon erzeugte Elektronen. Darüber hinaus ist im Bildgebungselement 3Cb jedes SPAD-Element 47 durch eine Zwischenpixel-Trenneinheit 62 mit einer einen Metallfilm 60 und einen Isolierungsfilm 61 umfassenden Doppelstruktur isoliert und getrennt, die zwischen den benachbarten SPAD-Elementen 47 ausgebildet ist.
Die Zwischenpixel-Trenneinheit 62 ist zum Beispiel so ausgebildet, dass sie von der rückseitigen Oberfläche des Sensorsubstrats 50 aus hindurchgeht.
Der Metallfilm 60 ist ein Film, der Metall wie etwa Wolfram enthält, das Licht oder dergleichen reflektiert, und der Isolierungsfilm 61 ist ein Film, der eine Isolierungseigenschaft aufweist, wie etwa SiO2.
Beispielsweise wird die Zwischenpixel-Trenneinheit 62 gebildet, indem die Oberfläche des Metallfilms 60 in das Sensorsubstrat 50 eingebettet wird, um mit dem Isolierungsfilm 61 bedeckt zu werden, und die Zwischenpixel-Trenneinheit 62 trennt die benachbarten SPAD-Elemente 47 elektrisch und optisch.
In der sensorseitigen Verdrahtungsschicht 51 sind die erste Kontaktelektrode 63, die zweite Kontaktelektrode 64, eine dritte Kontaktelektrode 65, eine erste Metallverdrahtung 66, eine zweite Metallverdrahtung 67, eine dritte Metallverdrahtung 68, eine vierte Kontaktelektrode 69, eine fünfte Kontaktelektrode 70, eine sechste Kontaktelektrode 71, ein erstes Metall-Pad 72, ein zweites Metall-Pad 73 und ein drittes Metall-Pad 74 ausgebildet.
Die erste Kontaktelektrode 63 verbindet die Diffusionsschicht 55 vom N-Typ und die erste Metallverdrahtung 66, die zweite Kontaktelektrode 64 verbindet die Diffusionsschicht 58 vom P-Typ mit hoher Konzentration und die zweite Metallverdrahtung 67, und die dritte Kontaktelektrode 65 verbindet den Metallfilm 60 und die dritte Metallverdrahtung 68.
Wie in 61 veranschaulicht ist, ist beispielsweise die erste Metallverdrahtung 66 so ausgebildet, dass sie breiter als der Lawinenvervielfältigungsbereich 59 ist, um zumindest den Lawinenvervielfältigungsbereich 59 zu bedecken.
Die erste Metallverdrahtung 66 reflektiert Licht, das durch das SPAD-Element 47 hindurchging, zum SPAD-Element 47.
Wie in 62 veranschaulicht ist, ist beispielsweise die zweite Metallverdrahtung 67 so ausgebildet, dass sie die Diffusionsschicht 58 vom P-Typ mit hoher Konzentration überlappt, um den äußeren Umfang der ersten Metallverdrahtung 66 abzudecken.
Die dritte Metallverdrahtung 68 ist für eine Verbindung mit dem Metallfilm 60 beispielsweise an den vier Ecken des SPAD-Pixels 46 ausgebildet.
Die vierte Kontaktelektrode 69 verbindet die erste Metallverdrahtung 66 und das erste Metall-Pad 72, die fünfte Kontaktelektrode 70 verbindet die zweite Metallverdrahtung 67 und das zweite Metall-Pad 73, und die sechste Kontaktelektrode 71 verbindet die dritte Metallverdrahtung 68 und das dritte Metall-Pad 74.
Das erste Metall-Pad 72, das zweite Metall-Pad 73 und das dritte Metall-Pad 74 werden zum elektrischen und mechanischen Bonden an ein viertes Metall-Pad 82, ein fünftes Metall-Pad 83 bzw. ein sechstes Metall-Pad 84 (die alle später beschrieben werden) genutzt, die in der logikseitigen Verdrahtungsschicht 52 ausgebildet sind, wobei ein Metall (Kupfer) jedes Metall-Pad bildet.
In der logikseitigen Verdrahtungsschaltung 52 sind ein erstes Elektroden-Pad 75, ein zweites Elektroden-Pad 76, ein drittes Elektroden Pad 77, eine Isolierungsschicht 78, eine siebte Kontaktelektrode 79, eine achte Kontaktelektrode 80, eine neunte Kontaktelektrode 81, das vierte Metall-Pad 82, das fünfte Metall-Pad 83 und das sechste Metall-Pad 84 ausgebildet.
Jedes des ersten Elektroden-Pads 75, des zweiten Elektroden-Pads 76 und des dritten Elektroden-Pads 77 wird für eine Verbindung mit dem Logikschaltungssubstrat genutzt, und die Isolierungsschicht 78 ist eine Schicht, die das erste Elektroden-Pad 75, das zweite Elektroden-Pad 76 und das dritte Elektroden-Pad 77 voneinander isoliert.
Die siebte Kontaktelektrode 79 verbindet das erste Elektroden-Pad 75 und das vierte Metall-Pad 82, die achte Kontaktelektrode 80 verbindet das zweite Elektroden-Pad 76 und das fünfte Metall-Pad 83, und die neunte Kontaktelektrode 81 verbindet das dritte Elektroden-Pad 77 und das sechste Metall-Pad 84.
Das vierte Metall-Pad 82 ist an das erste Metall-Pad 72 gebondet, das fünfte Metall-Pad 83 ist an das zweite Metall-Pad 83 gebondet, und das sechste Metall-Pad 84 ist an das dritte Metall-Pad 74 gebondet.
Mit solch einer Verdrahtungsstruktur ist beispielsweise das erste Elektroden-Pad 75 über die siebte Kontaktelektrode 79, das vierte Metall-Pad 82, das erste Metall-Pad 72, die vierte Kontaktelektrode 69, die erste Metallverdrahtung 66 und die erste Kontaktelektrode 63 mit der Diffusionsschicht 55 vom N-Typ verbunden.
Daher kann im SPAD-Pixel 46 dem ersten Elektroden-Pad 75 vom Logikschaltungssubstrat die an die Diffusionsschicht 55 vom N-Typ angelegte große negative Spannung bereitgestellt werden.
Darüber hinaus ist das zweite Elektroden-Pad 76 über die achte Kontaktelektrode 80, das fünfte Metall-Pad 83, das zweite Metall-Pad 73, die fünfte Kontaktelektrode 70, die zweite Metallverdrahtung 67 und die zweite Kontaktelektrode 64 mit der Diffusionsschicht 58 vom P-Typ mit hoher Konzentration verbunden.
Daher ist im SPAD-Pixel 46 die Anode des SPAD-Elements 47, die mit der Lochakkumulationsschicht 56 elektrisch verbunden ist, mit dem zweiten Elektroden-Pad 76 verbunden, sodass eine Vorspannung in Bezug auf die Lochakkumulationsschicht 56 über das zweite Elektroden-Pad 76 eingestellt werden kann.
Darüber hinaus ist das dritte Elektroden-Pad 77 über die neunte Kontaktelektrode 81, das sechste Metall-Pad 84, das dritte Metall-Pad 74, die sechste Kontaktelektrode 71, die dritte Metallverdrahtung 68 und die dritte Kontaktelektrode 65 mit dem Metallfilm 60 verbunden.
Im SPAD-Pixel 46 kann daher eine vom Logikschaltungssubstrat dem dritten Elektroden-Pad 77 bereitgestellte Vorspannung an den Metallfilm 60 angelegt werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist darüber hinaus das SPAD-Pixel 46 breiter als der Lawinenvervielfältigungsbereich 59 ausgebildet, sodass die erste Metallverdrahtung 66 zumindest den Lawinenvervielfältigungsbereich 59 abdeckt, und der Metallfilm 60 ist so ausgebildet, dass er durch das Sensorsubstrat 50 hindurchgeht.
Das heißt, dass SPAD-Pixel 46 ist so ausgebildet, dass es eine Reflexionsstruktur aufweist, in der all die Oberflächen des SPAD-Elements 47 mit Ausnahme einer Lichteinfallsfläche von der ersten Mettallverdrahtung 66 und dem Metallfilm 60 umgeben ist.
Infolgedessen kann das SPAD-Pixel 46 das Auftreten eines optischen Nebensprechens verhindern und die Empfindlichkeit des SPAD-Elements 47 entsprechend einem Effekt verbessern, bei dem Licht von der ersten Metallverdrahtung 66 und dem Metallfilm 60 reflektiert wird.
Das SPAD-Pixel 46 kann darüber hinaus eine Vorspannung mit einer Konfiguration einstellen, in der die seitlichen Oberflächen und die Bodenfläche der N-Wanne 53 von der Lochakkumulationsschicht 56 umgeben sind und die Lochakkumulationsschicht 56 mit der Anode des SPAD-Elements 47 elektrisch verbunden ist.
Außerdem kann das SPAD-Pixel 46 ein elektrisches Feld bilden, das Ladungsträger zum Lawinenvervielfältigungsbereich 59 unterstützt bzw. befördert, indem die Vorspannung an den Metallfilm 60 der Zwischenpixel-Trenneinheit 62 angelegt wird.
Wie oben beschrieben wurde, verhindert das SPAD-Pixel 46 das Auftreten von Nebensprechen und verbessert die Empfindlichkeit des SPAD-Elements 47 und kann die Charakteristiken verbessern.
Bei der Abstandsmessung nach dem ToF-Verfahren unter Verwendung des SPAD-Pixel 46 mit der oben beschriebenen Struktur kann, indem Δt direkt gemessen wird, wobei keine Abstandsmessung basierend auf der Summe Qa (Pixel-Signal Sa) der Ladungsmenge, die unter Verwendung des ersten Referenzsignals a erhalten wird, und der Summe Qb (Pixel-Signal Sb) der Ladungsmenge, die unter Verwendung des zweiten Referenzsignals b erhalten wird, durchgeführt wird, die Abstandsmessung unter Verwendung des Beziehungsausdrucks „Abstand = c (Lichtgeschwindigkeit) * Δt / 2“ durchgeführt werden.
Wie beim oben beschriebenen ToF-Verfahren ist es darüber hinaus in diesem ToF-Verfahren, indem zumindest ein Teil der Konfiguration jedes oben beschriebenen Beispiels verwendet wird, möglich, die Gültigkeit der Laserlichtquelle zu bestätigen und die Positionsbeziehung mit der anderen Bildgebungsvorrichtung AC zu erkennen.
Bei der Abstandsmessung nach dem ToF-Verfahren unter Verwendung des SPAD-Pixels 46 kann eine Abstandsmessung mit zumindest einem Spotlichtstrahl durchgeführt werden, indem zumindest ein Teil des Bereichs des abbildbaren Bereichs mit dem Laserlicht bestrahlt (gescannt) wird, um eine spezifische Trajektorie zu zeichnen.
In diesem Fall wird das Laserlicht nicht in einem weiten Bereich und gleichzeitig abgestrahlt und wird das Laserlicht an einem Punkt kontinuierlich abgestrahlt. Daher ist es möglich, einen größeren Abstand zu messen als die Abstandsmessung nach dem ToF-Verfahren und dem Triangulationsverfahren, die oben beschrieben wurde, während die Sicherheitsstandards von Laserprodukten und vorgeschriebenen Regeln eingehalten werden. Die Abstandsmessung unter Verwendung des SPAD-Pixels 46 kann jedoch wie im oben beschriebenen ToF-Verfahren konfiguriert werden (so konfiguriert werden, dass die Beleuchtungseinheit 2B Laserlicht mit einem Punktmuster oder dergleichen abgeben kann). Darüber hinaus können diese beiden ToF-Verfahren kombiniert werden. Das heißt, eine Abstandsmessung kann mit einer Vielzahl an Spotlichtstrahlen durchgeführt werden, indem zumindest ein Teil des Bereichs des abbildbaren Bereichs mit der Vielzahl an Laserlichtstrahlen bestrahlt wird, um eine spezifische Trajektorie zu zeichnen. Man beachte, dass die spezifischen Trajektorien der Vielzahl jeweiliger Laserlichtstrahlen zumindest teilweise gleich oder zumindest teilweise im Wesentlichen gleich sein können oder zumindest teilweise voneinander verschieden sein können.
Ein Beispiel der spezifischen Trajektorie (Scan-Trajektorie), die mittels des von der gültigen Laserlichtquelle 2b abgestrahlten Laserlichts gezeichnet wird, ist in 63 veranschaulicht.
Wie veranschaulicht wird das Laserlicht von der im Wesentlichen zentralen Position des Bestrahlungsbereichs (kann der gesamte bestrahlbare Bereich oder partielle bestrahlbare Bereich sein) in der Uhrzeigerrichtung abgestrahlt. Natürlich kann das Laserlicht von dem im Wesentlichen zentralen Bereich des Bestrahlungsbereich in Richtung des Gegenuhrzeigersinns abgestrahlt werden.
Darüber hinaus ist in 64 ein Beispiel einer Trajektorie veranschaulicht, die vom von der ungültigen anderen Lichtquelle 200 abgestrahlten Laserlicht gezeichnet wird.
Wie veranschaulicht wird das Laserlicht sequentiell von links nach rechts für jede Pixel-Reihe von der oberen Seite zur unteren Seite im Bestrahlungsbereich abgestrahlt. Natürlich kann das Laserlicht für jede der Pixel-Reihen von der oberen Seite zur unteren Seite von rechts nach links sequentiell abgestrahlt werden, kann für jede der Pixel-Reihen von der unteren Seite zur oberen Seite von links nach rechts sequentiell abgestrahlt werden, kann für jede der Pixel-Reihen von der unteren Seite zur oberen Seite im Bestrahlungsbereich von rechts nach links sequentiell abgestrahlt werden oder kann entlang einer Trajektorie abgestrahlt werden, die erhalten wird, indem die obigen Trajektorien gedreht werden.
Falls die Laserlichttrajektorie wie in 64 veranschaulicht detektiert wird, kann die Ungültigkeit der anderen Lichtquelle 200 durch Vergleichen mit der spezifischen Trajektorie mittels der gültigen Laserlichtquelle 2b bestimmt werden.
Außerdem können die Position, die Lage oder dergleichen der ungültigen anderen Lichtquelle 200 auf der Basis der empfangenen Laserlichttrajektorie abgeschätzt werden.
Um solche eine Funktion zu realisieren, reicht es aus, dass die Beleuchtungseinheit 2, die Beleuchtungssteuerungseinheit 2a oder die Bildgebungsvorrichtung 1C eine Scan-Einheit enthält, die eine Bestrahlungssteuerung durchführt, um eine spezifische Trajektorie zu zeichnen.
Es reicht aus, dass die Scan-Einheit so konfiguriert ist, dass das Laserlicht die spezifische Trajektorie zeichnet; beispielsweise kann die Scan-Einheit mittels einer mechanisch beweglichen Einheit realisiert werden, kann sie realisiert werden, indem eine Richtung eines Mikrospiegels unter Verwendung mikro-elektromechanischer Systeme (MEMS) geändert wird, kann sie realisiert werden, indem Brechungsindexeigenschaften eines Flüssigkristallmaterials gesteuert werden, und kann sie außerdem realisiert werden, indem ein phasengesteuertes Array verwendet wird.
Andere Beispiele der spezifischen Trajektorie mittels der gültigen Laserlichtquelle 2b sind in 65 und 66 veranschaulicht.
Die in 65 veranschaulichte spezifische Trajektorie ist eine Trajektorie, die in Zickzackform von oben links nach unten rechts des Bestrahlungsbereichs verläuft. Natürlich kann die Bestrahlung von unten links nach oben rechts in Zickzackform durchgeführt werden und kann die Bestrahlung entlang einer Trajektorie durchgeführt werden, die erhalten wird, indem diese gedreht werden.
In der in 66 veranschaulichten Trajektorie werden im Bestrahlungsbereich positionierte Pixel in linke Pixel und rechte Pixel unterteilt und werden nur die linken Pixel in Zickzackform bestrahlt und werden dann die rechten Pixel in Zickzackform bestrahlt. Das heißt, die Bestrahlung kann entlang einer Trajektorie durchgeführt werden, die erhalten wird, indem zwei oder mehr Arten von Trajektorien mit unterschiedlichen Bestrahlungsreihenfolgen und Flächen des Bestrahlungsbereichs kombiniert werden.
Man beachte, dass die in 64 veranschaulichte Trajektorie die spezifische Trajektorie der gültigen Laserlichtquelle 2b sein kann.
Mit einer Konfiguration, die verschiedene Arten von Modi in Bezug auf die spezifische Trajektorie auswählen kann, kann die Gültigkeit der Laserlichtquelle mit hoher Genauigkeit bestätigt werden.
Man beachte, dass in Bezug auf die in 66 veranschaulichte spezifische Trajektorie durch Ändern eines Verhältnisses zwischen den linken Pixeln und den rechten Pixeln eine Nachahmung der Laserlichttrajektorie noch anspruchsvoller sein kann. Indem man ermöglicht, ein Pixel für einen Bestrahlungsbeginn aus sowohl den linken Pixeln als auch den rechten Pixeln auszuwählen, kann darüber hinaus die Nachahmung der Laserlichttrajektorie erschwert werden.
<4. Zusammenfassung>
Wie in jedem Beispiel und der Modifikation, die oben beschrieben wurden, beschrieben ist, enthält die Halbleitervorrichtung (Bildgebungsvorrichtungen 1, 1A, 1B und 1C) die Bildgebungseinheit 3 (3B und 3C), die die fotoelektrischen Umwandlungselemente 17 (17A und 17B) enthält, die das reflektierte Licht des von der spezifischen Laserlichtquelle 2b emittierten Lichts, das vom Objekt 100 (101) reflektiert wurde, empfangen und eine fotoelektrische Umwandlung durchführen, und die Steuerungseinheit 4, die die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ausführt, um zu bestimmen, ob das vom fotoelektrischen Umwandlungselement 17 (17A und 17B) empfangene Licht, das von der spezifischen Laserlichtquelle 2b emittierte Licht ist oder nicht.
Falls beispielsweise eine Abstandsmessung unter Verwendung der spezifischen Laserlichtquelle 2b durchgeführt wird, bestimmt die Steuerungseinheit 4, dass das empfangene Licht reflektiertes Licht des von der spezifischen Laserlichtquelle 2b emittierten Lichts ist.
Dies kann die Möglichkeit einer fehlerhaften Messung reduzieren, die durch den Eintrag der anderen Laserlichtquelle (andere Lichtquelle 200) verursacht wird.
Wie im vierten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung bestimmt wurde, enthalten die fotoelektrischen Umwandlungselemente 17 das erste fotoelektrische Umwandlungselement 17A, und das erste fotoelektrische Umwandlungselement 17A kann mit zumindest vier Ladungsakkumulationseinheiten (FD 20) verbunden sein, zu denen in verschiedenen Perioden im ersten fotoelektrischen Umwandlungselement 17A akkumulierte Ladungen übertragen werden.
Infolgedessen kann die Lichtempfangswellenform basierend auf der Wellenform des von der Laserlichtquelle 2b emittierten Lichts erhalten werden.
Ob das vom ersten fotoelektrischen Umwandlungselement 17A empfangene Licht auf der Basis der Wellenform zur Zeit einer für jede Laserlichtquelle 2b spezifischen Lichtemission das von der spezifischen Laserlichtquelle 2b emittierte Licht ist oder nicht, kann daher bestimmt werden. Konkret kann eine Bestimmung auf der Basis der ansteigenden Wellenform, der Form des Überschwingens, der Form des Unterschwingens oder dergleichen zur Zeit einer Lichtemission der Laserlichtquelle durchgeführt werden.
Wie im siebten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, enthalten die fotoelektrischen Umwandlungselemente 17 das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B, und die Anzahl an mit dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungselement 17B verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten (FD 20) kann geringer als die Anzahl an mit dem ersten fotoelektrischen Umwandlungselement 17A verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten (FD 20) sein.
Beispielsweise wird für eine Abstandsmessung das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B genutzt.
Infolgedessen ist im Gegensatz zum ersten fotoelektrischen Umwandlungselement 17A, das verwendet wird, um die Gültigkeit der Laserlichtquelle oder die Authentifizierung der Laserlichtquelle zu bestätigen, die Anzahl an Ladungsakkumulationseinheiten (FD 20), die mit dem für die Abstandsmessung genutzten zweiten fotoelektrischen Umwandlungselement 17B verbunden sind, gering und kann daher die Anzahl an Komponenten reduziert werden und können Kosten gesenkt werden.
Wie im siebten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Anzahl der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B größer als die Anzahl der ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A sein.
Infolgedessen wird die Anzahl an mit den fotoelektrischen Umwandlungselementen 17 (17A und 17B) verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten (FD 20) weiter reduziert.
Deshalb kann die Anzahl an Komponenten weiter verringert werden und ist es möglich, zur Kostensenkung beizutragen.
Wie in dem siebten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, können die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A an der Außenseite der Gruppe der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B angeordnet sein.
Infolgedessen können die zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17B dicht angeordnet werden.
Deshalb kann das Bildgebungselement 3b (3Cb) eine Funktion, um die Gültigkeit der Laserlichtquelle zu bestätigen, oder sowohl eine Funktion, um die Laserlichtquelle zu authentifizieren, als auch eine Funktion, um einen Abstand zu messen, aufweisen, ohne die Größe des Bildgebungselements 3b zu vergrößern. Da die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente 17A, die die Authentifizierungsfunktion steuern, im Randbereich des Bildgebungselements 3b (3Cb) positioniert sind, kann überdies ein Effekt auf ein aufgenommenes Bild minimiert werden.
Wie im achten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann das erste fotoelektrische Umwandlungselement 17A für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verwendet werden und kann auch für eine Abstandsmessung genutzt werden.
Infolgedessen können Lichtempfangsdaten der vom ersten fotoelektrischen Umwandlungselement 17A empfangenen Lichtempfangsdaten effektiv genutzt werden.
Deshalb können die für eine Abstandsmessung genutzten Lichtempfangsdaten genutzt werden und kann die Genauigkeit des Ergebnisses einer Abstandsmessung verbessert werden.
Wie im achten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann das erste fotoelektrische Umwandlungselement 17A für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung genutzt werden und kann das zweite fotoelektrische Umwandlungselement 17B für eine Abstandsmessung genutzt werden.
Das heißt, einige fotoelektrische Umwandlungselemente werden für eine Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung genutzt.
Dies vereinfacht die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung.
Wie im ersten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung eine auf der ansteigenden Wellenform der Laserlichtquelle 2b basierende Bestimmung vorgenommen werden.
Die ansteigende Wellenform des von der Laserlichtquelle 2b emittierten Lichts ist für den Laserresonator, der Laserlicht erzeugt, individuell verschieden. Für eine andere Person als den Hersteller der Laserlichtquelle 2b ist es schwierig, die ansteigende Wellenform zu duplizieren.
Indem man die für den Laserresonator einzigartige ansteigende Wellenform mit der Empfangswellenform vergleicht, ist es deshalb möglich, die Gültigkeit der Laserlichtquelle 2b mit hoher Genauigkeit zu bestätigen.
Wie im neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung eine Bestimmung basierend auf der Lichtempfangs-Spotform des von der Laserlichtquelle 2b emittierten Lichts vorgenommen werden.
Die Lichtempfangs-Spotform wird auf der Basis der räumlichen Positionsbeziehung zwischen der Laserlichtquelle 2b, dem Objekt 100 (101) und der Bildgebungselement 3 (3B und 3C) bestimmt.
Indem man die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung basierend auf der Lichtempfangs-Spotform durchführt, kann bestimmt werden, ob das Licht, das von der anderen Lichtquelle 200 emittiert wird, die an einer von der Laserlichtquelle 2b verschiedenen Position positioniert ist, empfangen wird oder nicht, und kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung realisiert werden.
Wie in jedem oben beschriebenen Beispiel beschrieben ist, kann die Bildgebungsvorrichtung 1 (1A, 1B und 1C) die Beleuchtungseinheit 2 (2B) enthalten, die eine spezifische Laserlichtquelle enthält.
Indem man die spezifische Laserlichtquelle 2b und die Bildgebungseinheit 3 (3B und 3C) integriert, wird die Positionsbeziehung zwischen der spezifischen Laserlichtquelle 2b und der Bildgebungseinheit 3 (3B und 3C) konstant fixiert.
Dies macht es einfacher, die Gültigkeit des von der spezifischen Laserlichtquelle 2b emittierten Lichts zu bestimmen.
Wie im dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) Laserlicht mit einer ersten Wellenform und Laserlicht mit einer von der ersten Wellenform verschiedenen zweiten Wellenform abstrahlen.
Infolgedessen kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Ausnutzung sowohl der ersten Wellenform als auch der zweiten Wellenform ausgeführt werden.
Deshalb kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Möglichkeit zu verringern, dass durch Empfang des Lichts von der anderen Lichtquelle (andere Lichtquelle 200) versehentlich bestimmt wird, dass sie gültig ist. Insbesondere ist es durch Nachahmen (Duplizieren) der Bestrahlung durch die Beleuchtungseinheit 2 (2B) schwierig, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unangemessen zu durchlaufen.
Wie im dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, können die Lichtintensität der ersten Wellenform und die Lichtintensität der zweiten Wellenform zur Zeit der Bestrahlung unterschiedlich sein.
Infolgedessen kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Lichtintensität ausgeführt werden.
Deshalb kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung weiter verbessert werden.
Wie im dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, können sich die Anstiegsformen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander unterscheiden.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Verwendung der Anstiegsformen sowohl der ersten Wellenform als auch der zweiten Wellenform auszuführen.
Deshalb kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden.
Wie im dritten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) die erste Wellenform und die zweite Wellenform in einer zufälligen Reihenfolge abstrahlen.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Erscheinungsreihenfolge der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform auszuführen.
Deshalb kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden.
Wie im fünften Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, können die Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sein.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform auszuführen.
Daher kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden.
Wie im sechsten Bespiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, können die Nicht-Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sein.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung der Nicht-Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform oder der zweiten Wellenform auszuführen.
Deshalb kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden.
Wie im neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) spotartiges Laserlicht emittieren, dessen Bestrahlungsbereich gleich einem Viertel des Abbildungsbereichs der Bildgebungseinheit 3 (3B und 3C) oder geringer ist.
Selbst wenn die Spotform des auf das Objekt 100 (101) gestrahlten Lichts modifiziert wird und gedoppelt wird, kann infolgedessen die Spotform innerhalb des Abbildungsbereichs liegen.
Daher kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung geeignet ausgeführt werden.
Wie im neunten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) Laserlicht mit einer spiegelsymmetrischen oder punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren.
Dies macht es einfach, spotartiges Laserlicht zu realisieren.
Daher können die Kosten reduziert werden.
Wie im vierzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) Laserlicht mit einer nicht spiegelsymmetrischen oder nicht punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren.
Dies machte es schwierig, das spotartige Laserlicht nachzuahmen.
Die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung kann deshalb verbessert werden.
Wie im zehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) das Punktmuster emittieren, in dem die Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen unregelmäßig angeordnet ist.
Infolgedessen kann die Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen mittels einer einmaligen Abbildung durch die Bildgebungseinheit 3 (3B und 3C) detektiert werden.
Deshalb ist es schwieriger, das Laserlicht nachzuahmen, und kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden. Darüber hinaus kann die Bestrahlungszeit für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verkürzt werden.
Wie im zehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) das Punktmuster emittieren, in dem die Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen regelmäßig angeordnet ist.
Dies macht es einfach, das Punktmuster zu erzeugen.
Während die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert wird, kann daher die einfache Realisierung sichergestellt werden. Darüber hinaus kann die Bestrahlungszeit für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verkürzt werden.
Wie im zehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) das Punktmuster emittieren, in dem die spotartigen Laserlichtstrahlen, deren Anzahl gleich einem Viertel der Anzahl an fotoelektrischen Umwandlungselementen 17 oder geringer ist, angeordnet sind.
Infolgedessen ist es möglich, die Gültigkeitsbestimmung unter Berücksichtigung der Lichtempfangs-Spotform gemäß jedem das Punktmuster bildenden Spotlichtstrahl auszuführen.
Das heißt, da die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Berücksichtigung nicht nur der Anordnung der Lichtempfangs-Spots, sondern auch der Spotform ausgeführt wird, kann die Schwierigkeit bei der Nachahmung des Laserlichts weiter erhöht werden und kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden. Überdies kann die Bestrahlungszeit für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verkürzt werden.
Wie im siebzehnten Beispiel der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung oder dergleichen beschrieben wurde, kann die Beleuchtungseinheit 2 (2B) die Laserlichtquelle 2b so bestrahlen, dass das Laserlicht mit der kleineren Spotform als der Abbildungsbereich der Bildgebungseinheit 3 (3B und 3C) eine spezifische Trajektorie innerhalb des Abbildungsbereichs zeichnet.
Infolgedessen kann die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung unter Verwendung der spezifischen Trajektorie, das heißt einer Scan-Trajektorie, ausgeführt werden.
Daher kann die Schwierigkeit bei der Nachahmung des Laserlichts erhöht werden und kann die Genauigkeit des Bestimmungsergebnisses der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verbessert werden.
In jedem oben beschriebenen Beispiel wurde die Beschreibung unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme vorgenommen. Jedoch kann die Verarbeitungsreihenfolge jeder, im Flussdiagramm veranschaulichten Verarbeitung beliebig geändert werden. Beispielsweise kann eine Abstandsmessung durchgeführt werden, nachdem die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung ausgeführt ist, oder umgekehrt. Darüber hinaus wurde in jedem oben beschriebenen Beispiel die Beschreibung mit Verweis auf die Zeichnungen der Systemkonfiguration, der Elementkonfiguration und der Schaltungskonfiguration vorgenommen. Jedoch sind Pfeilrichtungen in den Zeichnungen Beispiele und können zumindest einige der Pfeile umgekehrte Pfeile oder bidirektionale Pfeile sein. Man beachte, dass zumindest ein Teil des Inhalts, der als die Funktion, die Steuerung und die Verarbeitung der Steuerungseinheit 4 beschrieben wurde, so konfiguriert werden kann, dass er von der Signalverarbeitungseinheit 14 statt der Steuerungseinheit 4 ausgeführt wird. Zumindest ein Teil des Inhalts, der als die Funktion, die Steuerung und die Verarbeitung der Signalverarbeitungseinheit 14 beschrieben wurde, kann darüber hinaus so konfiguriert werden, dass er von der Steuerungseinheit 4 statt der Signalverarbeitungseinheit 14 ausgeführt wird. Darüber hinaus kann zumindest ein Teil der in der Speichereinheit 6 gespeicherten Daten die Daten sein, die in der Datenspeichereinheit 15 anstelle der Speichereinheit 6 gespeichert sind, und kann so konfiguriert sein, dass er von der Signalverarbeitungseinheit 14 gelesen oder geschrieben wird. Zumindest ein Teil der in der Datenspeichereinheit 15 gespeicherten Daten kann darüber hinaus die Daten sein, die in der Speichereinheit 6 anstelle der Datenspeichereinheit 15 gespeichert sind, und kann so konfiguriert sein, dass er von der Steuerungseinheit 4 gelesen und geschrieben wird. Man beachte, dass die vorliegende Technologie für eine Kamera, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Tablet, einen Personal Computer, eine Spielemaschine, ein Fernsehgerät, eine Anzeige, eine elektronische Vorrichtung, eine mobile Vorrichtung, ein Automobil, einen sich bewegenden Körper, eine Drohne, ein fliegendes Objekt, einen Roboter, einen beweglichen Körper oder dergleichen verwendet werden kann.
Die in jedem oben beschriebenen Beispiel beschriebene Ausführungsform weist verschiedene Modifikationen auf. Das heißt, einige der Komponenten in jedem oben beschriebenen Beispiel können weggelassen werden, einige der oder alle Komponenten können geändert oder modifiziert werden. Darüber hinaus können einige Komponenten durch andere Komponenten ersetzt werden und können andere Komponenten einigen der oder allen Komponenten hinzugefügt werden.
Einige der oder alle Komponenten können außerdem in mehrere Bereiche unterteilt werden, einige der oder alle Komponenten können in mehrere Bereiche getrennt werden und zumindest einige der Vielzahl geteilter oder getrennter Komponenten können unterschiedliche Funktionen oder Eigenschaften aufweisen.
Darüber hinaus können zumindest einige der Komponenten versetzt werden, und eine unterschiedliche Ausführungsform gebildet werden.
Außerdem kann eine unterschiedliche Ausführungsform gebildet werden, indem einer Kombination von zumindest einigen der Komponenten ein Kopplungselement oder ein Relaiselement hinzugefügt wird.
Eine unterschiedliche Ausführungsform kann außerdem gebildet werden, indem einer Kombination zumindest einiger der Komponenten eine Schaltfunktion hinzugefügt wird.
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die in jedem oben beschriebenen Beispiel angegebene Konfiguration beschränkt, und verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Technologie abzuweichen.
Man beachte, dass die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Effekte nur beispielhaft und nicht auf diese beschränkt sind. Darüber hinaus kann es einen zusätzlichen Effekt geben.
<5. Die vorliegende Technologie>
Man beachte, dass die vorliegende Technologie die vorliegenden Konfigurationen aufweisen kann.
(1)
Eine Halbleitervorrichtung, aufweisend:

eine Bildgebungseinheit, die ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das reflektiertes Licht eines von einer spezifischen Laserlichtquelle emittierten Lichts, das von einem Objekt reflektiert wurde, empfängt und eine fotoelektrische Umwandlung durchführt; und
eine Steuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung auszuführen, um zu bestimmen, ob das von dem fotoelektrischen Umwandlungselement empfangene Licht, das von der spezifischen Laserlichtquelle emittierte Licht ist oder nicht.

(2)
Die Halbleitervorrichtung gemäß (1), worin
das fotoelektrische Umwandlungselement ein erstes fotoelektrisches Umwandlungselement enthält und
das erste fotoelektrische Umwandlungselement mit zumindest vier Ladungsakkumulationseinheiten verbunden ist, zu denen in verschiedenen Perioden im ersten fotoelektrischen Umwandlungselement akkumulierte Ladungen übertragen werden.
(3)
Die Halbleitervorrichtung gemäß (2), worin
das fotoelektrische Umwandlungselement ein zweites fotoelektrisches Umwandlungselement enthält und
die Anzahl der mit dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungselement verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten geringer als die Anzahl der mit dem ersten fotoelektrischen Umwandlungselement verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten ist.
(4)
Die Halbleitervorrichtung gemäß (3), worin
die Anzahl der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente größer als die Anzahl der ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente ist.
(5)
Die Halbleitervorrichtung gemäß (3) oder (4), worin
die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente an einer Außenseite einer Gruppe der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente angeordnet sind.
(6)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (2) bis (5), worin
das erste fotoelektrische Umwandlungselement für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verwendet wird und auch für eine Abstandsmessung verwendet wird.
(7)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (3) bis (5), worin
das erste fotoelektrische Umwandlungselement für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verwendet wird und
das zweite fotoelektrische Umwandlungselement für eine Abstandsmessung verwendet wird.
(8)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (1) bis (7), worin
bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung eine Bestimmung basierend auf einer ansteigenden Wellenform der Laserlichtquelle vorgenommen wird.
(9)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (1) bis (8), worin
bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung eine Bestimmung basierend auf einer Lichtempfangs-Spotform eines von der Laserlichtquelle emittierten Lichts vorgenommen wird.
(10)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (1) bis (9), ferner aufweisend:

eine Beleuchtungseinheit, die die spezifische Laserlichtquelle enthält.

(11)
Die Halbleitervorrichtung gemäß (10), worin
die Beleuchtungseinheit Laserlicht mit einer ersten Wellenform und Laserlicht mit einer von der ersten Wellenform verschiedenen zweiten Wellenform abstrahlen kann.
(12)
Die Halbleitervorrichtung gemäß (11), worin Lichtintensitäten der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform zur Zeit einer Bestrahlung voneinander verschieden sind.
(13)
Die Halbleitervorrichtung gemäß (11) oder (12), worin Anstiegsformen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sind.
(14)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (11) bis (13), worin
die Beleuchtungseinheit die erste Wellenform und die zweite Wellenform in einer zufälligen Reihenfolge abstrahlt.
(15)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (11) bis (14), worin
Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sind.
(16)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (11) bis (15), worin
Nicht-Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sind.
(17)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (10) bis (16), worin
die Beleuchtungseinheit spotartiges Laserlicht emittieren kann, dessen Bestrahlungsbereich gleich einem Viertel eines Abbildungsbereichs der Bildgebungseinheit oder geringer ist.
(18)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (10) bis (17), worin
die Beleuchtungseinheit Laserlicht mit einer spiegelsymmetrischen oder punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren kann.
(19)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (10) bis (17), worin
die Beleuchtungseinheit Laserlicht mit einer nicht spiegelsymmetrischen oder nicht punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren kann.
(20)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (10) bis (19), worin
die Beleuchtungseinheit ein Punktmuster emittieren kann, in dem eine Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen unregelmäßig angeordnet ist.
(21)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (10) bis (19), worin
die Beleuchtungseinheit ein Punktmuster emittieren kann, in dem eine Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen regelmäßig angeordnet ist.
(22)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (10) bis (21), worin
die Beleuchtungseinheit ein Punktmuster emittieren kann, in dem spotartige Laserlichtstrahlen, deren Anzahl gleich einem Viertel der Anzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente oder geringer ist, angeordnet sind.
(23)
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem von (10) bis (19), worin
die Beleuchtungseinheit die spezifische Laserlichtquelle bestrahlt, sodass Laserlicht mit einer kleineren Spotform als der Abbildungsbereich der Bildgebungseinheit eine spezifische Trajektorie innerhalb des Abbildungsbereichs zeichnet.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C: Bildgebungsvorrichtung
2: Beleuchtungseinheit
2B: Beleuchtungseinheit
2b: Laserlichtquelle
4: Steuerungseinheit
17: Fotoelektrisches Umwandlungselement
17A: Erstes fotoelektrisches Umwandlungselement
17B: Zweites fotoelektrisches Umwandlungselement
20, 20a, 20b, 20c, 20d: FD
100, 101: Objekt
T1, T3, T4, T5: Lichtemissionsperiode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018194297 [0003]

Claims

Halbleitervorrichtung, aufweisend: eine Bildgebungseinheit, die ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das reflektiertes Licht eines von einer spezifischen Laserlichtquelle emittierten Lichts, das von einem Objekt reflektiert wurde, empfängt und eine fotoelektrische Umwandlung durchführt; und eine Steuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung auszuführen, um zu bestimmen, ob das von dem fotoelektrischen Umwandlungselement empfangene Licht das von der spezifischen Laserlichtquelle emittierte Licht ist oder nicht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das fotoelektrische Umwandlungselement ein erstes fotoelektrisches Umwandlungselement enthält und das erste fotoelektrische Umwandlungselement mit zumindest vier Ladungsakkumulationseinheiten verbunden ist, zu denen in verschiedenen Perioden im ersten fotoelektrischen Umwandlungselement akkumulierte Ladungen übertragen werden.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das fotoelektrische Umwandlungselement ein zweites fotoelektrisches Umwandlungselement enthält und die Anzahl der mit dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungselement verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten geringer als die Anzahl der mit dem ersten fotoelektrischen Umwandlungselement verbundenen Ladungsakkumulationseinheiten ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Anzahl der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente größer als die Anzahl der ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die ersten fotoelektrischen Umwandlungselemente an einer Außenseite einer Gruppe der zweiten fotoelektrischen Umwandlungselemente angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste fotoelektrische Umwandlungselement für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verwendet wird und auch für eine Abstandsmessung verwendet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei das erste fotoelektrische Umwandlungselement für die Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung verwendet wird und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement für eine Abstandsmessung verwendet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung eine Bestimmung basierend auf einer ansteigenden Wellenform der Laserlichtquelle vorgenommen wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei bei der Gültigkeitsbestimmungsverarbeitung eine Bestimmung basierend auf einer Lichtempfangs-Spotform eines von der Laserlichtquelle emittierten Lichts vorgenommen wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Beleuchtungseinheit, die die spezifische Laserlichtquelle enthält.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit Laserlicht mit einer ersten Wellenform und Laserlicht mit einer von der ersten Wellenform verschiedenen zweiten Wellenform abstrahlen kann.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei Lichtintensitäten der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform zur Zeit einer Bestrahlung voneinander verschieden sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei Anstiegsformen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Beleuchtungseinheit die erste Wellenform und die zweite Wellenform in einer zufälligen Reihenfolge abstrahlt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei Nicht-Lichtemissionszeitlängen der ersten Wellenform und der zweiten Wellenform voneinander verschieden sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit spotartiges Laserlicht emittieren kann, dessen Bestrahlungsbereich gleich einem Viertel eines Abbildungsbereichs der Bildgebungseinheit oder geringer ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit Laserlicht mit einer spiegelsymmetrischen oder punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren kann.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit Laserlicht mit einer nicht spiegelsymmetrischen oder nicht punktsymmetrischen spotartigen Form emittieren kann.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit ein Punktmuster emittieren kann, in dem eine Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen unregelmäßig angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit ein Punktmuster emittieren kann, in dem eine Vielzahl spotartiger Laserlichtstrahlen regelmäßig angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit ein Punktmuster emittieren kann, in dem spotartige Laserlichtstrahlen, deren Anzahl gleich einem Viertel der Anzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente oder geringer ist, angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungseinheit die spezifische Laserlichtquelle bestrahlt, sodass Laserlicht mit einer kleineren Spotform als der Abbildungsbereich der Bildgebungseinheit eine spezifische Trajektorie innerhalb des Abbildungsbereichs zeichnet.