[发明专利]使用两种光调变频率的距离量测装置及其运行方法在审

专利信息
申请号: 202110588887.0 申请日: 2021-05-28
公开(公告)号: CN114114303A 公开(公告)日: 2022-03-01
发明(设计)人: 钟岳霖;蔡佐昇 申请(专利权)人: 原相科技股份有限公司
主分类号: G01S17/36 分类号: G01S17/36
代理公司: 北京润平知识产权代理有限公司 11283 代理人: 肖冰滨;王晓晓
地址: 中国台湾新竹科学*** 国省代码: 台湾;71
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摘要:
搜索关键词: 使用 两种光调变 频率 距离 装置 及其 运行 方法
【说明书】:

一种包含光源、光检测元件、时序控制电路以及处理器的距离量测装置。在第一次量测中,时序控制电路以低调变频率控制光源发光;处理器根据光检测元件的第一检测信号计算粗略飞行时间并据以决定操作相位区间及延迟时间。在第二次量测中,时序控制电路以高调变频率控制光源发光且使光源的光源驱动信号及光检测元件的检测控制信号之间相差所述延迟时间;且处理器根据光检测元件的第二检测信号计算精细飞行时间。

技术领域

发明涉及一种光学式距离量测装置,更特别涉及一种使用两种光源调变频率以增加抗噪能力及可检测距离范围的飞行时间距离量测装置及其运行方法。

背景技术

目前,光学式测距装置一般采用基于CCD图像传感器或CMOS图像传感器的成像技术来执行。估计光源打出的光束经由物体反射后被光传感器接收到的时间差来计算物体距离的方式,则称为飞行时间(time-of-flight,TOF)检测技术。

间接飞行时间检测技术(iTOF)是对光源驱动信号进行调变,并将光源驱动信号与检测信号之间的时间差作为飞行时间。例如参照图1所示,光源发光(对应光源驱动信号)与被检测的反射光之间存在时间差Tf,当该时间差Tf越大,则表示量测的距离越大。时间差Tf的最大值不超过曝光期间。因此,如欲获得较大的可检测距离范围,可选择配置较长的曝光期间。

然而,长曝光期间意味着光源的调变频率较慢,且具有较低的信噪比(SNR)。如欲提高信噪比,则需要提高光源的调变频率,如此却又缩短了可检测距离。故在实际配置时,需要在信噪比与可检测距离范围进行取舍。

有鉴于此,一种能够同时具有可检测距离范围大及高信噪比的间接飞行时间距离量测装置即为所需。

发明内容

本发明提供一种使用两种光调变频率进行两阶段量测的距离量测装置,以增加可检测距离范围及抗噪能力。

本发明提供一种包含光源、光检测元件以及处理器的距离量测装置。所述光源用于根据光源驱动信号依序以第一调变频率及第二调变频率照明所述物体,其中所述第二调变频率高于所述第一调变频率。所述光检测元件用于根据检测控制信号相对所述光源以所述第一调变频率发光时检测来自所述物体的反射光以产生第一检测信号,并相对所述光源以所述第二调变频率发光时检测来自所述物体的反射光以产生第二检测信号。所述处理器用于根据所述第一检测信号计算第一相位所位于的操作相位区间并据以决定延迟时间,在所述光源以所述第二调变频率发光时使所述光源驱动信号及所述检测控制信号之间相差所述延迟时间,及根据所述第二检测信号计算第二相位并据以计算物体距离。

本发明还提供一种光源、光检测元件、时序控制电路以及处理器的距离量测装置。所述光源用于发光以照明所述物体。所述光检测元件用于检测所述物体的反射光以产生检测信号。所述时序控制电路用于在第一次量测时以第一调变频率控制所述光源发光并在第二次量测时以第二调变频率控制所述光源发光,其中所述第二调变频率高于所述第一调变频率。所述处理器用于在所述第一次量测时根据所述光检测元件产生的所述检测信号计算粗略相位,并在所述第二次量测时根据所述光检测元件产生的所述检测信号计算精细相位,其中所述处理器输出所述精细相位对应的物体距离但不输出所述粗略相位对应的物体距离。

本发明还提供一种距离量测装置的运行方法,该距离量测装置包含光源、光检测元件以及处理器。所述运行方法包含下列步骤:以光源驱动信号控制所述光源以第一调变频率发光并以检测控制信号控制所述光检测元件检测来自物体的反射光以产生第一检测信号;以所述处理器根据所述第一检测信号计算第一相位所位于的操作相位区间并据以决定延迟时间;以所述光源驱动信号控制所述光源以高于所述第一调变频率的第二调变频率发光并以所述检测控制信号控制所述光检测元件检测来自所述物体的反射光以产生第二检测信号,其中所述光源驱动信号与所述检测控制信号之间相差所述延迟时间;以及以所述处理器根据所述第二检测信号计算第二相位。

本发明实施例的距离量测装置中,光检测元件例如是光二极管。第一累积器及第二累积器包含电荷储存器,例如电容,用于储存光二极管在不同期间所检测的光能量。

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