JP2015537206A - 距離値および距離イメージを測定するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

所定の距離範囲内のオブジェクトと距離カメラとの間の距離値Ｒａｂｓを決定するための距離カメラは、少なくとも１つのフォト・エレメント（９）と、時間的インテグレーション・ゲート（３０、３１）の間、フォト・エレメント（９）を活性化するためのトリガー発生器と、オブジェクトを、期間Ｔｐの所定の時間強度プロファイルを有する光パルス（２８）で照明するための光源と、フォト・エレメント（９）に到着する光パルス（２９）の強度Ｉｐ（６）を決定するための強度センサと、を具え、Ｔ０およびＴ０＋Ｔｐの一方が、インテグレーション・ゲート（３０）のインテグレーション開始時点Ｔ１ｂ（２０）とインテグレーション・ゲート（３０）のインテグレーション終了時点Ｔ１ｅ（２１）との間にあるように、インテグレーション・ゲート（３０）は、オブジェクトから反射した光パルス（２９）を捕えるために、光パルスの放出開始時点に対して所定の遅延を有し、ここで、Ｔ０は、光パルス（２９）がフォト・エレメント（９）に到着する第１の時点であり、フォト・エレメント（９）は、信号値Ｕ（２５）を、インテグレーション終了時点Ｔ１ｅ（２１）で出力するように構成され、信号値Ｕ（２５）は、フォト・エレメント（９）の活性化の間、フォト・エレメント（９）に到着する光パルス（２９）の強度Ｉｐ（６）および期間Ｔｐに依存し、距離カメラは、フォト・エレメント（９）のための補正値陽関数Δ＝ｆ（Ｉｐ）（５）の所定のパラメータ（１０）を記憶するためのメモリ・ユニットと、生の距離値Ｒｒａｗを、信号値Ｕ（２５）および強度Ｉｐ（６）から決定するため、かつ、生の距離値Ｒｒａｗと補正値Δ（Ｉｐ）（７）とを加算し、距離値Ｒａｂｓを得るための評価ユニットと、を具える。

Description

本発明は、距離値および距離イメージを決定するための装置および方法に関するものである。

測定装置とオブジェクトとの間の距離値は、装置とオブジェクトとの間の物理的接触なしで光学的方法により測定できる。この方法では、オブジェクトを装置によって照明し、次に、オブジェクトから反射された光を装置の光検出器によって捕える。

距離値は、例えば、装置から放出される光強度を周期的に調整し、放出された光と検出器に到着した反射光との位相差を測定することによって決定可能である。しかしながら、光強度の周期性のため、この方法では、距離測定の結果が不明瞭になる。一義的な距離値は、放出光と検出器に到着する反射光との間の移動（フライト）時間を測定することによって決定可能である。

移動（フライト）時間の測定では、センチメートルのオーダーの距離値の精度で、ピコ秒領域で動作および応答する高速エレクトロニクスが必要とされる。それゆえ、装置によって測定される距離値は、検出器の製造公差に依存しうる。複数の画素を有するイメージ・センサが検出器のために用いられる場合、異なる画素は、画素の製造公差のため異なる距離値を測定しうる。

本願発明の目的は、高精度に距離値を測定する装置および方法を提供することにある。

所定の距離範囲内のオブジェクトと距離カメラとの間の距離値Ｒ_ａｂｓを決定するための本発明による距離カメラは、少なくとも１つのフォト・エレメントと、時間的インテグレーション・ゲートの間、フォト・エレメントを活性化するためのトリガー発生器と、オブジェクトを、期間Ｔ_ｐの所定の時間強度プロファイルを有する光パルスで照明するための光源と、フォト・エレメントに到着する光パルスの強度Ｉ_ｐを決定するための強度センサと、を具え、Ｔ_０およびＴ_０＋Ｔ_ｐの一方が、インテグレーション・ゲートのインテグレーション開始時点Ｔ_１ｂとインテグレーション・ゲートのインテグレーション終了時点Ｔ_１ｅとの間にあるように、インテグレーション・ゲートは、オブジェクトから反射した光パルスを捕えるために、光パルスの放出開始時点に対して所定の遅延を有し、ここで、Ｔ_０は、光パルスがフォト・エレメントに到着する第１の時点であり、フォト・エレメントは、信号値Ｕを、インテグレーション終了時点Ｔ_１ｅで出力するように構成され、信号値Ｕは、フォト・エレメントの活性化の間、フォト・エレメントに到着する光パルスの強度Ｉ_ｐおよび期間Ｔ_ｐに依存し、距離カメラは、フォト・エレメントのための補正値陽関数Δ＝ｆ（Ｉ_ｐ）の所定のパラメータを記憶するためのメモリ・ユニットと、生の距離値Ｒ_ｒａｗを、信号値Ｕおよび強度Ｉ_ｐから決定するため、かつ、生の距離値Ｒ_ｒａｗと補正値Δ（Ｉ_ｐ）とを加算し、距離値Ｒ_ａｂｓを得るための評価ユニットと、を具える。

オブジェクトと距離カメラとの間の距離値Ｒ_ａｂｓを決定するための本発明による方法は、ａ）ターゲット・オブジェクトを、距離カメラに対して所定の距離Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}を有する所定の距離範囲内に配置するステップと、ｂ）複数のサンプリング点Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}、Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}を、ターゲット・オブジェクトを、フォト・エレメントに到着する光パルスの可変かつ決定された強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}を有する光源によって照明することと、それぞれの生の距離値Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}を、それぞれの信号値Ｕ_ｃａｌおよび対応する強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}から決定することと、によって得るステップと、ｃ）サンプリング点Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}、Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}の補間である補正値陽関数Δ＝Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}−Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}＝ｆ（Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}）のパラメータを算出し、フォト・エレメントのためのパラメータをメモリ・ユニットに記憶するステップと、ｄ）オブジェクトを所定の距離範囲内に配置するステップと、ｅ）オブジェクトを、光パルスを有する光源によって照明し、生の距離値Ｒ_ｒａｗを、信号値Ｕおよび強度センサによって決定された対応する強度Ｉ_ｐから決定するステップと、ｆ）生の距離値Ｒ_ｒａｗのための補正値Δ（Ｉ_ｐ）を、強度Ｉ_ｐに依存して、メモリ・ユニットに記憶されたパラメータによって算出するステップと、ｇ）距離値Ｒ_ａｂｓを、Ｒ_ａｂｓ＝Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}−Δ（Ｉ_ｐ）によって算出するステップと、を含む。

本発明による距離カメラおよび本発明による方法によって、有利なことに、距離値Ｒ_ａｂｓを高精度に決定することができる。距離イメージは、単一のフォト・エレメントをオブジェクト上で走査し、それぞれの光パルスにより単一の距離値Ｒ_ａｂｓを決定することによって、または、複数のフォト・エレメントを有するカメラを提供し、単一の光パルスにより複数の距離値Ｒ_ａｂｓを決定することによって、撮影可能である。複数のフォト・エレメントが提供される場合、製造公差のため個々のフォト・エレメントにバリエーションが存在する場合であっても、有利なことに、滑らかな距離イメージが撮影可能である。なぜなら、それぞれの補正値関数Δが、各フォト・エレメントのために提供されるからである。サンプリング点の補間は、補正値関数Δのパラメータ化につながるので、この関数は、そのパラメータによって完全に記述される。それゆえ、これらのパラメータのみをメモリ・ユニットに記憶すればよいので、メモリ・ユニットへのアクセス数は、例えば、同程度の高精度の距離測定を得るために必要な多数のサンプリング点を記憶することと比較して低い。本発明のメモリ・ユニットへのアクセス数が低いという事実のため、距離値Ｒ_ｒａｗの補正は高速であるので、センチメートル領域の高い精度さえも、高い反復率で得られる。

さらに、すべての距離値は、パラメータ化された補正値関数Δを用いて補正可能であり、多数の考えられるすべての強度Ｉ_ｐのための補正値Δ（Ｉ_ｐ）を記憶する必要はない。

好ましくは、メモリ・ユニットは、不揮発性メモリである。それゆえ、有利には、生の距離値Ｒ_ｒａｗの補正の間、パラメータへの動的なアクセスが提供される。また、有利には、補正値関数Δの更新が、メモリ・ユニットのデリバリによって距離カメラの製造業者によって任意に提供されることが保証される。

好ましくは、フォト・エレメントは、コンデンサとフォトダイオードとを具え、フォトダイオードは、オブジェクトから反射した光パルスがフォトダイオードによって捕えられるように外側からアクセス可能であり、オブジェクトから反射した光パルスがフォトダイオードによって捕えられるとき、コンデンサが放電されるようにコンデンサに電気的に接続される。それゆえ、好ましくは、インテグレーション終了時点Ｔ_１ｅで出力される信号値Ｕは、インテグレーション終了時点Ｔ_１ｅのコンデンサの電圧である。電圧は、インテグレーション・ゲート内でフォトダイオードに到着する光パルスのエネルギーの測定値である。好ましくは、トリガー発生器は、フォト・エレメントを活性化するための第１の電気スイッチおよびフォト・エレメントを非活性化し、信号値Ｕを出力するための第２の電気スイッチを具える。第１の電気スイッチおよび／または第２の電気スイッチは、好ましくはトランジスタであり、特に同一のタイプである。生の距離値Ｒ_ｒａｗを補正値Δ（Ｉ_ｐ）によって補正することによって、有利には、個々のフォト・エレメントの特定の慣性、特にフォトダイオード、コンデンサおよび両スイッチの慣性の補正が達成される。

好ましくは、距離カメラは、複数のフォト・エレメントを具え、フォト・エレメントごとにメモリ・ユニットが設けられ、フォト・エレメントおよびメモリ・ユニットの数は、少なくとも３×１０^５であり、特に少なくとも１０^６である。各補正値関数Δがパラメータ化され、そのパラメータがそれぞれのメモリ・ユニットに記憶されるので、有利には、多数のフォト・エレメントのための距離値Ｒ_ａｂｓは、高い反復率（例えば５０Ｈｚ）で決定可能である。

好ましくは、光パルスの所定の時間強度プロファイルは、実質的に矩形、台形、鋸歯形、三角形、ローレンツ・プロファイル、フォークト・プロファイルまたはガウスである。好ましくは、さらに、光パルスの時間強度プロファイルは、測定によって予め決定される。測定は、例えば、光電子増倍管または高速フォトダイオードを用いて実行可能である。光パルスの所定の時間強度プロファイルが矩形でない場合、強度Ｉ_ｐは、例えば、時間強度プロファイルの最大強度と定義される。時間強度プロファイルの最大強度の半分のような他の定義も考えられる。所定の時間強度プロファイルと、決定された信号値Ｕおよび強度Ｉ_ｐと、によって距離Ｒ_ｒａｗを決定することができる。

好ましくは、複数の距離値Ｒ_ａｂｓは、ステップｄ）からｇ）を繰り返すことによって決定される。それゆえ、単一の補正値関数Δのみを、複数の距離値Ｒ_ａｂｓの決定のために決定すればよい。

好ましくは、補正値陽関数Δは、単調関数、特に折れ線または多項式またはスプラインである。好ましくは、パラメータの数は４である。好ましくは、サンプリング点の数は４である。有利なことに、距離値Ｒ_ａｂｓの高精度の決定は、低い数のパラメータおよび／またはサンプリング点によって達成され、十分に実行可能な反復率をもたらすことが判明した。

好ましくは、強度センサはフォト・エレメントであり、強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}および／または強度Ｉ_ｐは、第２のインテグレーション・ゲート内でフォト・エレメントによって、信号値Ｕ_ｃａｌおよび／またはＵをそれぞれ測定することによって決定され、インテグレーション開始時点Ｔ_２ｂは、Ｔ_０以前であり、インテグレーション終了時点Ｔ_２ｅは、Ｔ_０＋Ｔ_ｐ以後である。それゆえ、追加の強度測定装置を、強度決定のために提供する必要はない。

以下、本発明は、概略的な図面に基づいて説明される。

例示的な補正値関数Δを示す図である。 複数のフォト・エレメントを有するアレイを示す。 フォト・エレメントの概略的な電気回路図を示す。 時間に依存するコンデンサ電圧の図を示す。 光パルスおよび異なるインテグレーション・ゲートを有する時間的プロファイル図を示す。 光パルスおよび異なるインテグレーション・ゲートを有する時間的プロファイル図を示す。 光パルスおよび異なるインテグレーション・ゲートを有する時間的プロファイル図を示す。

図１〜図４に示されるように、所定の距離範囲内のオブジェクトと距離カメラとの間の距離値Ｒ_ａｂｓを決定するための本発明による距離カメラは、期間Ｔ_ｐの実質的に矩形の時間強度プロファイルを有する光パルスで、オブジェクトを照明するための光源を具える。他の時間的プロファイルも考えられる。光源は、好ましくは、ナノ秒領域の期間Ｔ_ｐの光パルスを放出する発光ダイオードまたはレーザーである。所定の距離範囲は、距離カメラが距離値を決定できる範囲であり、例えば０．５ｍから１０ｍまでである。距離カメラは、少なくとも１つのフォト・エレメント９およびトリガー発生器をさらに具え、トリガー発生器は、時間的インテグレーション・ゲート３０、３１の間、フォト・エレメント９を活性化するためのものであり、好ましくは光源からの光パルスの放出を制御するためのものである。トリガー発生器は、フォト・エレメント９を活性化するための第１の電気スイッチ１５およびフォト・エレメント９を非活性化するための第２の電気スイッチ１６を具える。

図３に示すように、フォト・エレメント９は、コンデンサ１３とフォトダイオード１４とを具え、フォトダイオード１４は、オブジェクトから反射した光パルスがフォトダイオード１４によって捕えられるように外側からアクセス可能である。フォトダイオード１４は、オブジェクトから反射した光パルスがフォトダイオード１４によって捕えられるときコンデンサ１３が放電されるように、並列回路内でコンデンサ１３に電気的に接続される。図４は、対応するコンデンサ電圧１８が時間１９に対してプロットされる図を示す。第１の電気スイッチ１５が閉じている限り、コンデンサ電圧１８は、電力供給１１および対応する電気接地１２によって電圧ＶＤＤ（２２）に保たれる。インテグレーション・ゲート３０、３１のインテグレーション開始時点Ｔ_１ｂ（２０）において、トリガー発生器は、その第１の電気スイッチ１５を開放し、時間遅延２３の後、コンデンサ電圧１８は低下を開始し、電圧減衰２４になる。時間遅延２３は、製造公差のためフォト・エレメント９ごとに異なり、フォト・エレメント９に到着する光パルスの強度Ｉ_ｐに依存しうる。インテグレーション・ゲート３０、３１のインテグレーション終了時点Ｔ_１ｅ（２１）においてトリガー発生器は、その第２の電気スイッチ１６を閉鎖し、それによって、Ｔ_１ｅ（２１）のコンデンサ電圧１８である信号値Ｕ２５は、フォト・エレメント９の電圧バッファ１７の動作によって出力される。信号値Ｕ２５は、フォト・エレメント９の活性化の間、フォト・エレメント９に到着する光のエネルギーの測定値であり、信号値Ｕ２５は、エネルギーにほぼ反比例する。第１の電気スイッチ１５を閉鎖し、第２の電気スイッチ１６を開放した後、フォト・エレメント９はリセットされ、他の測定が可能になる。

距離カメラは、フォト・エレメント９に到着する光パルスの強度Ｉ_ｐを決定するための強度センサと、信号値Ｕ２５および強度Ｉ_ｐ６から生の距離値Ｒ_ｒａｗを決定するための評価ユニットと、をさらに具える。評価ユニットは、補正値関数Δ＝ｆ（Ｉ_ｐ）５から引かれた補正値Δ（Ｉ_ｐ）７を生の距離値Ｒ_ｒａｗに加算し、距離値Ｒ_ａｂｓを得るようにさらに構成される。各フォト・エレメント９は、メモリ・ユニットを具え、各フォト・エレメント９のための補正値関数Δ５のパラメータ１０は、対応するメモリ・ユニットに記憶される。各メモリ・ユニットは、そのフォト・エレメント９に対応し、各メモリ・ユニットは、フォト・エレメント９のチップ上またはチップの外部に配置可能である。すべてのメモリ・ユニットは、距離カメラのメモリを形成する。図２は、フォト・エレメント９のアレイ８を示し、フォト・エレメント９およびメモリ・ユニットの数は、少なくとも３×１０^５であり、特に、少なくとも１０^６である。

図１は、例示的な補正値関数Δ５の図を示し、生の距離値Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}１は、強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}２に対してプロットされる。補正値関数Δ５は、周知の実験室条件で得られる４つのサンプリング点４Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}、Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}に基づく。サンプリング点４を得るために、ターゲット・オブジェクトは、距離カメラに対して所定の距離Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}３にある所定の距離範囲内に配置される。所定の距離Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}を２ｍに選択し、所定距離範囲を０．５ｍから１０ｍまでに選択することによって、距離値Ｒ_ａｂｓを特に高精度に得られることが分かった。

次に、ターゲット・オブジェクトは、可変かつ所定の強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}２を有する、フォト・エレメント９に到着する光パルスの光源によって照明され、それぞれの生の距離値Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}１は、それぞれの信号値Ｕ_ｃａｌおよび対応する強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}２から決定される。好ましくは、強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}は、フォト・エレメント９の大部分のダイナミックレンジがカバーされるように選択される。強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}２は、例えば、灰色フィルタまたは偏光フィルタを具える光減衰器および半波長板を光パルスの経路に挿入することによって変化することができる。生の距離値Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}１および強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}２の対の各々は、サンプリング点４を形成する。

フォト・エレメント９に到着する光パルスの強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}２を予め決定するために、ターゲット・オブジェクトの反射率および実験室条件の大気の透過率を考慮して、光源の放出強度を調整することが考えられる。光源の放出強度は、フォト・エレメント９に到着する光パルスの強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}が所定の強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}２に対応するように調整される。

サンプリング点４Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}、Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}の補間である補正値陽関数Δ＝Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}−Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}＝ｆ（Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}）５のパラメータ１０は、算出され、その対応するメモリ・ユニットのフォト・エレメント９のために記憶される。補間は、サンプリング点４Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}、Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}から外挿される項を具えることもできる。図１において、補正値関数Δ５は、Δ＝Ａ_１＋Ａ_２Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}＋Ａ_３Ｉ_{ｐ，ｃａｌ} ^２＋Ａ_４Ｉ_{ｐ，ｃａｌ} ^３の形の３次多項式であり、パラメータＡ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４は、図２の第１のフォト・エレメント９のためのこの補正値関数Δ５のパラメータである。第１のフォト・エレメント９のためのパラメータＡ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４は、それぞれのメモリ・ユニットに記憶される。第２のフォト・エレメント９のためのパラメータＢ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_４は、そのメモリ・ユニットに記憶され、パラメータＸ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４は、最後のフォト・エレメント９のメモリ・ユニットに記憶される。しかしながら、他次数の多項式または指数関数のような他の関数または隣接するサンプリング点４を接続する個々の線を有する折れ線も使用することができる。

距離値Ｒ_ａｂｓを決定するために、オブジェクトは、所定の距離範囲内に配置され、光パルスを有する光源によって照明され、生の距離値Ｒ_ｒａｗは、信号値Ｕ２５および強度センサによって決定される対応する強度Ｉ_ｐ６から決定される。次に、生の距離値Ｒ_ｒａｗのための補正値Δ（Ｉ_ｐ）７は、それぞれのメモリ・ユニットに記憶されるパラメータ１０によって、強度Ｉ_ｐ６に依存して決定され、その後、距離値は、各フォト・エレメント９のためにＲ_ａｂｓ＝Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}−Δ（Ｉ_ｐ）によって算出される。

図５〜図７は、３つのトリガー構成を示し、放出された光パルス２８の強度２６およびフォト・エレメント９に到着した光パルス２９の強度２６は、時間２７に対してプロットされる。光パルス放出開始時点に対する所定の遅延を伴う異なるインテグレーション・ゲート３０、３１もまた示される。光パルス２８、２９およびインテグレーション・ゲート３０、３１の時間的プロファイルは、矩形である。光パルスのための他の時間的プロファイルも考えられる。すべての考えられる時間強度プロファイル形状に関して、光パルス２８の放出は、時刻ゼロで開始し、Ｔ_ｐで終了する。次に、光パルス２９は、オブジェクトから反射され、放出された光パルス２８の強度より低い強度Ｉ_ｐでフォト・エレメント９に到着する。光パルス２９は、Ｔ_０からＴ_０＋Ｔ_ｐまでの間フォト・エレメント９に到着する。図５では、インテグレーション・ゲート３０は、Ｔ_０＋Ｔ_ｐがインテグレーション開始時点Ｔ_１ｂ（２０）とインテグレーション終了時点Ｔ_１ｅとの間にあり、Ｔ_０がインテグレーション・ゲート３０の外側にあるように選択される。これに対して、図６では、Ｔ_０はインテグレーション開始時点Ｔ_１ｂ（２０）とインテグレーション終了時点Ｔ_１ｅとの間にあり、Ｔ_０＋Ｔ_ｐがインテグレーション・ゲート３０の外側にある。図中の灰色に塗られた領域は、インテグレーション・ゲート３０、３１内で、フォト・エレメント９に到着する光パルス２９のエネルギーの測定値である信号値Ｕに対応する。

図７に示すように、第２のインテグレーション・ゲート３１内で、フォト・エレメントによって信号値Ｕ_ｃａｌおよび／またはＵをそれぞれ測定することによって、強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}および／または強度Ｉ_ｐが決定され、インテグレーション開始時点Ｔ_２ｂは、Ｔ_０以前であり、インテグレーション終了時点Ｔ_２ｅは、Ｔ_０＋Ｔ_ｐ以後である。フォト・エレメント９に到着する光パルス２９の全エネルギーおよび光パルス２９の周知の期間Ｔ_ｐに対応する信号値Ｕ_ｃａｌおよび／またはＵによって、強度Ｉ_ｐを算出することができる。

強度Ｉ_ｐおよび／またはＩ_{ｐ，ｃａｌ}は、２つのフォト・エレメント９、すなわち、第１のインテグレーション・ゲート３０を有する第１のフォト・エレメントおよび第２のインテグレーション・ゲート３１を有する第２のフォト・エレメントを用いて単一の光パルスによって同時に決定できる。第１のインテグレーション・ゲート３０は、Ｔ_０またはＴ_０＋Ｔ_ｐが第１のインテグレーション・ゲート３０の第１のインテグレーション開始時点Ｔ_１ｂと、第１のインテグレーション・ゲート３０の第１のインテグレーション終了時点Ｔ_１ｅと、の間にあるように選択される。第２のインテグレーション・ゲート３１は、第２のインテグレーション開始時点Ｔ_２ｂがＴ_０以前にあり、第２のインテグレーション終了時点Ｔ_２ｅがＴ_０＋Ｔ_ｐ以後にあるように選択される。第１および第２のフォト・エレメントを、例えば互いに隣接して配置することもでき、または、光パルス２９を、ビーム・スプリッタで分割し、分割された光パルスの各々を、第１および第２のフォト・エレメントに向けることもできる。強度Ｉ_ｐおよび／またはＩ_{ｐ，ｃａｌ}を、単一のフォト・エレメント９および２つの光パルス２９によって連続的に決定することもできる。

図５に従うインテグレーション・ゲート３０について、Ｔ_０はＴ_０＝Ｅ／Ｉ_ｐ＋Ｔ_１ｂ−Ｔ_ｐによって算出され、図６に従うインテグレーション・ゲート３０について、Ｔ_０はＴ_０＝Ｔ_１ｅ−Ｅ／Ｉ_ｐによって算出される。ここで、Ｅは、フォト・エレメント９に到着する光パルス２９のエネルギーであり、好ましくは信号値Ｕ２５の逆数である。Ｒ_ｒａｗは、Ｒ_ｒａｗ＝０．５×ｃ×Ｔ_０を介して決定される。ただし、ｃは光速である。なお、Ｒ_ｒａｗまたはＴ_０をΔ（Ｉ_ｐ）で補正可能であることに留意されたい。また、カメラの光源の変化または所定の距離範囲の変化によって必要とされるＴ_１ｂおよびＴ_１ｅの変化が、通常、新規な較正関数Δを必要とすることに留意されたい。

１ 生の距離値Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}
２ 強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}
３ 所定の距離Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}
４ サンプリング点
５ 補正値関数Δ
６ 強度Ｉ_ｐ
７ 補正値Δ（Ｉ_ｐ）
８ アレイ
９ メモリ・ユニットを有するフォト・エレメント
１０ パラメータ
１１ 電力供給
１２ 電気接地
１３ コンデンサ
１４ フォトダイオード
１５ 第１の電気スイッチ
１６ 第２の電気スイッチ
１７ 電圧バッファ
１８ コンデンサ電圧
１９ 時間
２０ インテグレーション開始時点Ｔ_１ｂ
２１ インテグレーション終了時点Ｔ_１ｅ
２２ 電圧ＶＤＤ
２３ 時間遅延
２４ 電圧減衰
２５ 信号値Ｕ
２６ 強度
２７ 時間
２８ 放出された光パルス
２９ フォト・エレメントに到着する光パルス
３０ インテグレーション・ゲート
３１ 第２のインテグレーション・ゲート

Claims (13)

1. 所定の距離範囲内のオブジェクトと距離カメラとの間の距離値Ｒ_ａｂｓを決定するための距離カメラであって、前記距離カメラは、
   少なくとも１つのフォト・エレメント（９）と、
   時間的インテグレーション・ゲート（３０、３１）の間、前記フォト・エレメント（９）を活性化するためのトリガー発生器と、
   前記オブジェクトを、期間Ｔ_ｐの所定の時間強度プロファイルを有する光パルス（２８）で照明するための光源と、
   前記フォト・エレメント（９）に到着する光パルス（２９）の強度Ｉ_ｐ（６）を決定するための強度センサと、
   を具え、
   Ｔ_０およびＴ_０＋Ｔ_ｐの一方が、前記インテグレーション・ゲート（３０）のインテグレーション開始時点Ｔ_１ｂ（２０）と前記インテグレーション・ゲート（３０）のインテグレーション終了時点Ｔ_１ｅ（２１）との間にあるように、前記インテグレーション・ゲート（３０）は、前記オブジェクトから反射した前記光パルス（２９）を捕えるために、前記光パルスの放出開始時点に対して所定の遅延を有し、ここで、Ｔ_０は、前記光パルス（２９）が前記フォト・エレメント（９）に到着する第１の時点であり、
   前記フォト・エレメント（９）は、信号値Ｕ（２５）を前記インテグレーション終了時点Ｔ_１ｅ（２１）で出力するように構成され、前記信号値Ｕ（２５）は、前記フォト・エレメント（９）の活性化の間、前記フォト・エレメント（９）に到着する前記光パルス（２９）の前記強度Ｉ_ｐ（６）および前記期間Ｔ_ｐに依存し、
   前記距離カメラは、
   前記フォト・エレメント（９）のための補正値陽関数Δ＝ｆ（Ｉ_ｐ）（５）の所定のパラメータ（１０）を記憶するためのメモリ・ユニットと、
   生の距離値Ｒ_ｒａｗを、前記信号値Ｕ（２５）および前記強度Ｉ_ｐ（６）から決定するため、かつ、前記生の距離値Ｒ_ｒａｗと前記補正値Δ（Ｉ_ｐ）（７）とを加算し、前記距離値Ｒ_ａｂｓを得るための評価ユニットと、
   を具える距離カメラ。
2. 前記メモリ・ユニットは、不揮発性メモリである、
   請求項１に記載の距離カメラ。
3. 前記フォト・エレメント（９）は、コンデンサ（１８）とフォトダイオード（１４）とを具え、
   前記フォトダイオード（１４）は、前記オブジェクトから反射した前記光パルス（２９）が前記フォトダイオード（１４）によって捕えられるように外側からアクセス可能であり、
   前記オブジェクトから反射した前記光パルス（２９）が前記フォトダイオード（１４）によって捕えられるとき、前記コンデンサ（１３）が放電されるように、前記フォトダイオード（１４）は、前記コンデンサ（１３）に電気的に接続されている、
   請求項１または２に記載の距離カメラ。
4. 前記トリガー発生器は、前記フォト・エレメント（９）を活性化するための第１の電気スイッチ（１５）と、前記フォト・エレメント（９）を非活性化し、前記信号値Ｕ（２５）を出力するための第２の電気スイッチ（１６）と、を具える、
   請求項１〜３のいずれかに記載の距離カメラ。
5. 前記距離カメラは、複数のフォト・エレメント（９）を具え、フォト・エレメント（９）ごとに前記メモリ・ユニットが設けられ、
   前記フォト・エレメント（９）および前記メモリ・ユニットの数は、少なくとも３×１０^５であり、特に少なくとも１０^６である、
   請求項１〜４のいずれかに記載の距離カメラ。
6. 前記光パルス（２８、２９）の前記所定の時間強度プロファイルは、実質的に矩形、台形、鋸歯形、三角形、フォークト・プロファイルまたはガウスである、
   請求項１〜５のいずれかに記載の距離カメラ。
7. 前記光パルス（２８、２９）の前記時間強度プロファイルは、測定によって予め決定される、
   請求項１〜６のいずれかに記載の距離カメラ。
8. オブジェクトと、請求項１〜７のいずれかに記載の距離カメラと、の間の距離値Ｒ_ａｂｓを決定する方法であって、前記方法は、
   ａ）ターゲット・オブジェクトを、前記距離カメラに対して所定の距離Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}（３）を有する前記所定の距離範囲内に配置するステップと、
   ｂ）
   前記ターゲット・オブジェクトを、前記フォト・エレメント（９）に到着する前記光パルス（２９）の可変かつ決定された強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}（２）を有する前記光源によって照明することと、
   それぞれの生の距離値Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}（１）を、それぞれの信号値Ｕ_ｃａｌおよび対応する強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}（２）から決定することと、
   によって複数のサンプリング点（４）Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}、Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}を得るステップと、
   ｃ）前記サンプリング点Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}、Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}（４）の補間である前記補正値陽関数Δ＝Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}−Ｒ_{ａｂｓ，ｃａｌ}＝ｆ（Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}）（５）の前記パラメータ（１０）を算出し、前記フォト・エレメント（９）のための前記パラメータ（１０）を前記メモリ・ユニットに記憶するステップと、
   ｄ）前記オブジェクトを前記所定の距離範囲内に配置するステップと、
   ｅ）前記オブジェクトを、前記光パルス（２８）を有する前記光源によって照明し、前記生の距離値Ｒ_ｒａｗを、前記信号値Ｕ（２５）と前記強度センサによって決定された前記対応する強度Ｉ_ｐ（６）とから決定するステップと、
   ｆ）前記生の距離値Ｒ_ｒａｗのための前記補正値Δ（Ｉ_ｐ）（７）を、前記強度Ｉ_ｐ（６）に依存して、前記メモリ・ユニットに記憶された前記パラメータ（１０）によって算出するステップと、
   ｇ）前記距離値Ｒ_ａｂｓを、Ｒ_ａｂｓ＝Ｒ_{ｒａｗ，ｃａｌ}−Δ（Ｉ_ｐ）によって算出するステップと、
   を含む方法。
9. 複数の距離値Ｒ_ａｂｓは、ステップｄ）からｇ）を繰り返すことによって決定される、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記補正値陽関数Δ（５）は、単調関数、特に折れ線または多項式またはスプラインである、
    請求項８または９に記載の方法。
11. 前記パラメータ（１０）の数は、４である、
    請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記サンプリング点（４）の数は、４である、
    請求項８〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記強度センサは、前記フォト・エレメント（９）であり、
    前記強度Ｉ_{ｐ，ｃａｌ}（２）および／または前記強度Ｉ_ｐ（６）は、第２のインテグレーション・ゲート（３１）内で前記フォト・エレメント（９）によって、前記信号値Ｕ_ｃａｌおよび／またはＵ（２５）をそれぞれ測定することによって決定され、
    インテグレーション開始時点Ｔ_２ｂは、Ｔ_０以前であり、インテグレーション終了時点Ｔ_２ｅは、Ｔ_０＋Ｔ_ｐ以後である、
    請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。

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