專利名稱：空間信息檢測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空間信息檢測i殳備，該設備基于向目標空間投射的強 度調(diào)制光與位于目標空間中的物體所反射的強度調(diào)制光之間的關系、使用 強度調(diào)制光iM^測空間信息，例如距該物體的距離以及該物體的反射率。
背景技術：
日本專利申請公開No. 2004-45304公開了一種通過使用強度調(diào)制光 來測量距位于目標空間中的物體的距離的技術。當使用正弦波形的強度調(diào)
制光時，從物體反射的光仍為正弦波形，其具有to巨物體的距離而變化的
相位差。因此，可以基于發(fā)射的強度調(diào)制光與反射的強度調(diào)制光之間的相 位差來測量距被照射的目標空間中的物體的距離。
基于針對多個相位區(qū)間中的每個相位區(qū)間的接收強度調(diào)制光的強度 測量，可以根據(jù)相位區(qū)間的位置與接收光強度之間的關系來獲得相位差。 例如，可以將接收光強度Ir表示為lr-n'l (t-d) +le:，其中l(wèi)(t)表示作為
時間t的函數(shù)的投射光強度，n是由于距物體的距離或者物體處的反射系 數(shù)而導致的光衰減因子，Ie是環(huán)境(干擾)光的強度，d是與距物體的距 離L相對應的延遲時間，并^^示為d-2L/c。
上述表達式具有三個未知數(shù)衰減因子n、延遲時間d、以及環(huán)境光 的強度Ie，這三個未知數(shù)可以分別通過在三個或更多的不同時間對接收光 強度的測量來獲得。因此，可以獲得作為空間信息的距物體的距離以及物 體的反射系數(shù)。由于通常將強度調(diào)制光設計為周期性地改變其強度，因此 接收光強度在多個循環(huán)周期上的積分可以抑制環(huán)境光或設備中發(fā)生的噪 聲的波動的影響。
為了使用上述技術來檢測空間信息，必須使得向目標空間投射的強度 調(diào)制光的相位區(qū)間與接收光的相位區(qū)間精確AM目互關聯(lián)。存在用于從光接 收元件在特定的一個相位區(qū)間處提取電荷的常規(guī)技術， 一種技術^JC送信
號，該信號指定了用于從具有控制電極的光接收元件提取電荷的特定相位 區(qū)間，該控制電極用于對提取電荷的定時進行控制(如在由電荷耦合器件
(CCD)等構成的光接收元件的情況)，另一種技術是僅選擇在與特定相 位區(qū)間相對應的時段內(nèi)提取的電荷(如在由光電二極管等構成的光接收元 件的情況)。為了改進測量精度，上述技術均必須使得向發(fā)光元件提供的 信號與向光接收元件提供的用于電荷提取的另 一信號精確地同步。
然而，發(fā)光元件、光接收元件以及用于產(chǎn)生與這些元件相關的信號的 電路可能由于其根據(jù)變化的環(huán)境溫度和濕度而變化的特性而受到損壞。因 此，即使是在裝置校準之后操作該裝置，也總是存在由于環(huán)境變化而增大 測量結果的誤差的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，實現(xiàn)了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種空間信息檢 測詔:備，其利用強度調(diào)制光，并被布置用于減少由于周圍環(huán)境的變化而導 致的檢測誤差，以確保精確的測量。
根據(jù)本發(fā)明的空間信息檢測設備包括發(fā)光元件100，向目標空間發(fā) 射強度調(diào)制光；光接收元件200，接收從目標空間中的物體>^射的強度調(diào) 制光；以及信息輸出電路300，被配置用于針對多個相位區(qū)間PO、 Pl、
件處接收的另一強度調(diào)制光之間的關系，并輸出目標空間內(nèi)的空間信息。
為了從良光元件產(chǎn)生強度調(diào)制光，該空間信息檢測設備包括發(fā)光信 號發(fā)生電路10，被配置用于產(chǎn)生發(fā)光定時信號，該發(fā)光定時信號確定了 發(fā)光元件的發(fā)光定時；以及發(fā)光元件驅動電路30，被配置用于響應于該 發(fā)光定時信號而輸出發(fā)光元件驅動信號，以便從發(fā)光元件產(chǎn)生強度調(diào)制 光。
此外，為了操作光接收元件以在每個相位區(qū)間處接收光，該設備包括 光接收元件驅動電路40,被配置用于向光接收元件輸出多個互相有相位 差的光接收元件驅動信號；以及檢測信號發(fā)生電路20，被配置用于向光 接收元件驅動電^l供檢測定時信號，該檢測定時信號確定了產(chǎn)生光接收 元件驅動信號的定時。本發(fā)明的空間信息檢測設備的特征在于，具有定時 同步電路70、 70A和70B，被配置用于將與發(fā)光元件驅動電路的輸出相
關的周期性變化E2與通過檢測定時信號確定的周期性變化Dl、 D2進行 比較，并對檢測定時信號和發(fā)光定時信號中的至少一個進行修正，以保持 這些周期性變化之間的恒定的相位差。
通過該布置，可以使得來自發(fā)光元件的強度調(diào)制光的相位與在光接收 元件處接收該強度調(diào)制光的定時同步，從而即使是在由于周圍環(huán)境改變而 在發(fā)光元件和光接收元件驅動電路的組件中出現(xiàn)可能的響應變化的情況 下，也使得這些元件處的操作定時相一致，并因此提供了不受周圍環(huán)境改 變影響的精確測量。
優(yōu)選地，定時同步電路被配置用于從光接收元件驅動電路40獲得光 接收元件驅動信號D2的周期性變化，作為要通過檢測定時信號來確定的 周期性變化，以用于與來自發(fā)光元件驅動電路的發(fā)光元件驅動信號E2進 行比較。
還優(yōu)選地是，定時同步電路70被配置用于將發(fā)光定時信號修正為修 正的發(fā)光定時信號，并將該修正的發(fā)光定時信號饋入發(fā)光元件驅動電路。 通過該配置，使得能夠將來自發(fā)光元件的強度調(diào)制光的相位調(diào)整為與在光 接收元件處接收強度調(diào)制光的定時相匹配，從而使得發(fā)光元件側的操作定 時與光接收元件側的IMt定時相一致。在這種情況下，可以僅僅通過對用
來在發(fā)光元件和光接收元件之間進行操作定時的同步，這使得能夠簡化定 時同步電路的電路布置。
在這一點上，還優(yōu)選地是，定時同步電路70插入在發(fā)光信號發(fā)生電 路10與發(fā)光元件驅動電路30之間，并且包括相位調(diào)整電路76，被配 置用于將M光信號發(fā)生電路向發(fā)光元件驅動電路30輸出的發(fā)光定時信 號的相位偏移可變相移值；以;M目位比較器72,被配置用于根據(jù)來自光
動信號E2之間的相位差來確定該相移值。
優(yōu)選地，光接收元件驅動電路40被配置用于基于從檢測信號發(fā)生電 路20輸出的多個檢測定時信號Dl來確定光接M件驅動信號，并且包 括選擇器80，該選擇器80被配置用于選擇性地提取多個互相有相位差的 光接收元件驅動信號D2之一。在這種情況下，定時同步電路70被配置 用于基于通過選擇器80提取的光接收元件驅動信號D2和與發(fā)光元件驅 動電路30的輸出相關的周期性變化E2之間的相位差，來修正發(fā)光定時 信號。因此，可以基于光接收元件驅動信號來在一個周期的時段內(nèi)調(diào)整發(fā)
光定時信號，每個該光接收元件驅動信號確定了相位區(qū)間P0、 Pl、 P2和 P3。
優(yōu)選地，信息輸出電路300被配置用于在針對分別與光接收元件驅動 信號相對應的每個相位區(qū)間的多個時間上來對接收光強度進行積分，以便 基于分別針對該相位區(qū)間的各個積分值來獲得空間信息。在這一點上，信 息輸出電路被配置用于與vMJ^擇器提取的光接收元件驅動信號同步地，針 對每個相位區(qū)間來從光接收元件提取接收光強度。通過該布置，可以精確 地獲得在光接收元件處接收的強度調(diào)制光的強度，以改進空間信息的檢測 精度。
此外，本發(fā)明的空間信息檢測設備可包括輔助相位調(diào)整電路90， 插入在檢測信號發(fā)生電路20與光接收元件驅動電路40之間，用于使得向
以及輔助相位比較器92,被配置用于對檢測定時信號Dl與從光接收驅動 電路40輸出的周期性變化D2之間的相位差進行檢測，以《更向輔助相位 調(diào)整電路卯提供指示該相位差的輸出。通過該布置，輔助相位調(diào)整電路 可以基于該相位差來確定該相移值，以使得檢測定時信號與來自光接收元 件驅動電路的光接收元件驅動信號之間的相位差保持為預定值，從而使得 能夠保持發(fā)光元件驅動信號與光接收元件驅動信號之間的相位差為常量， 以改進空間信息的檢測精度。
定時同步電路70、 70A可被配置用于將與發(fā)光元件驅動電路30的輸 出相關的周期性變化E2與來自檢測信號發(fā)生電路20的檢測定時信號Dl 進行比較。
在這種情況下，定時同步電路70可被配置用于基于上述比較來修正 發(fā)光定時信號，并向發(fā)光元件驅動電路30提供修正的發(fā)光定時信號Elx。
可選地，定時同步電路70A可被配置用于基于上述比較來將檢測定 時信號修正為修正的檢測定時信號(Dlx)，并向光接收元件驅動電路40 提##"正的檢測定時信號。
在后一種情況下，定時同步電路70A優(yōu)選地插入在檢測信號發(fā)生電 路20與光接收元件驅動電路40之間，并且包括相位調(diào)整電路76A,被 配置用于將從檢測信號發(fā)生電路輸出至光接收元件驅動電路的檢測定時 信號Dl的相位偏移可變相移值；以;M目位比較器72A，被配置用于根據(jù)
時信號之間的相位差來確定該相移值。通過該布置，使得能夠才艮據(jù)來自發(fā) 光元件的強度調(diào)制光來對驅動光接^件的定時進行修正，以使得可以與 從發(fā)光元件發(fā)射的強度調(diào)制光精確地相 一致地在光接收元件處接收強度 調(diào)制光。
此外，本發(fā)明的空間信息檢測設備可被布置用于向發(fā)光側和光接收側 提供定時調(diào)整功能。在這種情況下，定時同步電路包括插入在發(fā)光信號發(fā) 生電路與發(fā)光元件驅動電路之間的第 一定時同步電路、以及插入在檢測信
號發(fā)生電路與光接收元件驅動電i Mi間的第二定時同步電路。
第一定時同步電路70包括笫一相位調(diào)整電路76，被配置用于將從 發(fā)光信號發(fā)生電路10輸出至發(fā)光元件驅動電路30的發(fā)光定時信號El的 相位偏移可變相移值；以及第一相位比較器72，被配置用于基于從發(fā)光 元件驅動電路30輸出的周期性變化E2與來自檢測信號發(fā)生電路20的檢 測定時信號D1之間的相位差來確定該相移值。類似地，第二定時同步電 路70A包括第二相位調(diào)整電路76A,被配置用于將從檢測信號發(fā)生電 路20輸出的檢測定時信號Dl的相位偏移可變相移值；以及第二相位比 較器72A，被配置用于基于來自發(fā)光信號發(fā)生電路10的發(fā)光定時信號El 與來自光接收元件驅動電路40的光接收元件驅動信號D2之間的相位差 來確定該相移值。因此，可以在發(fā)光側和光接收側更加精確地進行互補的 定時調(diào)整。
在光接收側進行定時調(diào)整時，考慮到由于環(huán)境溫度的影響而導致的光 接收元件驅動電路自身中的可能的輸入-輸出延遲，期望在來自定時同步
動信號之間保持恒定的相位差。在這種情況下，本發(fā)明的空間信息檢測設 備可包括輔助相位調(diào)整電路卯A,被配置用于將輸出至光接收元件驅動 電路的修正的檢測定時信號的相位偏移可變相移值；以及輔助相位比較器 92A,被配置用于檢測修正的發(fā)光定時信號與來自光接收元件驅動電路40 的光接收元件驅動信號D2之間的相位差，并向輔助相位調(diào)整電5^供對 應的輸出。輔助相位調(diào)整電路90A基于檢測的相位差來確定該相移值， 以使得來自定時同步電路70A的修正的檢測定時信號Dlx與來自光接收 元件驅動電路40的光接收元件驅動信號D2之間的相位差保持為預定值。 因此，可能與來自發(fā)光元件的強度調(diào)制光同相地對驅動光接收元件的定時 進行修正。
此外，基準光接收元件110可被設置用于接收來自發(fā)光元件的強度調(diào)
制光的一部分，以讀出與發(fā)光元件驅動電路的輸出相關的周期性變化。
光接收側的定時同步電路70B可被配置為包括振蕩電路78，被配 置用于使用頻率隨輸入電壓而變化的信號，并將該信號作為修正的檢測定 時信號提供給光接收元件驅動電路；以;M目位比較器72B，被配置用于產(chǎn) 生電壓，該電壓指示了與發(fā)光元件驅動電路的輸出相關的周期性變化E2 與來自檢測信號發(fā)生電路20的檢測定時信號Dl之間的相位差，并向該 振蕩電路施加該電壓。在這種情況下，可利用該振蕩電路來修正被饋入光 接收元件驅動電路的檢測定時信號，以便與來自發(fā)光元件的強度調(diào)制光同 相AMt操作光接收元件的定時進行調(diào)整。
光接收元件可以是諸如具有容抗并基于從直流電源提供的直流電流 來操作的CCD圖像采集元件之類的元件。容抗可能受到環(huán)境溫度的影響， 這可能導致從輸入至光接收元件驅動電路40的檢測定時信號Dl所指定 的計劃起始時間到實際起始時間的變化的時延，在該實際起始時間處光接
D2而進，定的操作。本發(fā)明提出了具有用于消除這種不確定的時延的 有效配置的光接M件驅動電路，以啟用對空間信息的更精確的檢測。光 接收元件驅動電路40B包括輸出開關50,連接在直流電源與光接收元 件之間，用于與檢測定時信號同步地向光接收元件提供直流電流；溫度傳 感器150,用于檢測環(huán)境溫度；以及電流控制器160,用于以4吏得饋入光 接收元件的電流保持預定的變化率的方式來對該電流進行調(diào)節(jié)。通過該布 置，可以對從檢測定時信號的接收時間到向光接收元件提供足夠用于完全 ^Mt的電流的時間的時延進行調(diào)整，從而使得檢測定時信號的出現(xiàn)與操作 光接收元件的實際起始時間之間的時延保持為常量，以使得該實際起始時 間基本上與檢測定時信號的出現(xiàn)同步。
電流控制器160可包括存儲器裝置162，該存儲器裝置162與溫度相 關聯(lián)地存儲流經(jīng)光接收元件的電流的變化率，并且被配置用于從該存儲器 裝置讀出與從溫度傳感器輸出的溫度相對應的電流變化率，以便控制流經(jīng) 光接收元件的電流使其與讀出的電流變化率相匹配。
除了使用基于環(huán)境溫度的控制之外，同等可能的是基于流經(jīng)光接收元 件的電流的變化率來控制流向光接收元件的輸出電流。在這種情況下，光 接收元件驅動電路40、 40A包括電流監(jiān)測電路60,監(jiān)測饋入光接收元 件的電流的變化率，并提供指示該變化率的電流變化輸出；以及電流控制 器66,響應于該電流變化輸出而對饋入光接收元件的電流進行調(diào)節(jié)，以
使得該電流變化率保持為預定值。因此，保持以恒定的變化率向光接收元 件提供該電流，使得能夠在從接收到檢測定時信號開始經(jīng)過恒定時間之后 操作光接收元件，而不受環(huán)境變化的影響。
優(yōu)選地，電流監(jiān)測電路60包括微分電路62，計算流經(jīng)光接收元件 的電流的即時變化率；以及峰值檢測電路64，對通過該微分電路獲得的 即時變化率的最大值進行檢測。在這一點上，電流控制器被配置用于根據(jù) 該即時變化率的最大值、以預定的變化率來控制流經(jīng)光接M件的電流。 該布置確保了穩(wěn)定地控制光接收元件的操作時間。
此外，光接M件驅動電路40A可被配置用于允許以下功能僅僅 在預定的溫度條件下，才基于流經(jīng)光接收元件的電流來控制流向光接收元 件的輸出電流。在這種情況下，光接收元件驅動電路40A包括溫度傳 感器130，用于檢測環(huán)境溫度；寄存器68,保存在峰值檢測電路64處檢 測到的即時變化率的最大值；溫度表140，以預定的時間間隔來存儲溫度 傳感器的輸出；以及啟動電路120，用于僅僅在檢測到電流溫度與所記錄 的在預定的先前時間時的先前溫度之間的溫差超過預定水平時，才啟動微 分電路62和峰值檢測電路64。因此，微分電路和峰值檢測電路可以在對 光接收元件的^Mt有不利影響的溫度范圍內(nèi)保持停用，以減少功率消耗。
本發(fā)明可使用定時同步電路70，該定時同步電路70被配置用于將來 自發(fā)光信號發(fā)生電路的發(fā)光定時信號的周期性變化與通過檢測定時信號 確定的周期性變化進行比較。在這種情況下，該定時同步電路可包括振 蕩電路78,該振蕩電路78使用頻率隨輸入電壓而變化的信號，并將該信
號作為修正的發(fā)光定時信號而提供給發(fā)光元件驅動電路；以;M目位比較器
72，該相位比較器72產(chǎn)生電壓，該電壓指示了與光接收元件驅動電路的 輸出相關的周期性變化與來自發(fā)光信號發(fā)生電路的發(fā)光定時信號之間的 相位差。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的空間信息檢測設備的框圖； 圖2是示出了在上述設備中使用的相位比較器的內(nèi)部結構的框圖； 圖3是示出了在上述設備中使用的發(fā)光元件的驅動電路的電路圖； 圖4示出了說明上述設備的定時調(diào)整操作的波形圖；圖5是示出了對上述設備的修正的框圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的空間信息檢測設備的框圖； 圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的空間信息檢測設備的框圖； 圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的空間信息檢測設備的框圖； 圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的空間信息檢測設備的框圖； 圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的空間信息檢測設備的框
圖ll是示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的空間信息檢測設備的框
圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的空間信息檢測設備的框
圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的空間信息檢測設備的框
圖14是示出了在本發(fā)明的設備中使用的一種光接收元件驅動電路的 框圖15是示出了在本發(fā)明的設備中使用的另一光接M件驅動電路的
框圖16是示出了對上述光接收元件驅動電路的修正的框圖；以及 圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的空間信息檢測設備的框圖。
具體實施方式
(第一實施例)
參照圖l至4，對根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的空間信息檢測設備進行 了說明。該空間信息檢測設備包括發(fā)光元件100，被配置用于向目標空 間發(fā)射強度調(diào)制光；光接M件200，被配置用于接^目標空間中的物 體^Jt的強度調(diào)制光；以;5L信息輸出電路300，被配置用于提取針對多個 相位區(qū)間中的每個相位區(qū)間而在光接收元件處接收的光的光強度，以俊羞 于所41取的光強度，來確定M光元件發(fā)射的強度調(diào)制光與在光接收元件 處接收的另一強度調(diào)制光之間的關系，并輸出目標空間內(nèi)的空間信息
發(fā)光元件100由發(fā)光二極管構成，以100Hz至1GHz的頻率來調(diào)制 該其發(fā)光強度，以提供正弦波形的強度調(diào)制光。通過CCD圖〗象傳感元件 來實現(xiàn)光接收元件200，以接收從目標空間中的物體反射的強度調(diào)制光， 并將光接收元件200布置為與發(fā)光元件100相鄰，以便接收該強度調(diào)制光， 該強度調(diào)制光M光元件100發(fā)射，并在該物體處^L^射，同時經(jīng)過了兩 倍于從t光元件到該物體的距離T的光程。發(fā)光元件100不必限于發(fā)光 二極管，并且可以包括其他光源。此外，光接收元件200并不限于CCD， 并且可以包括互4險屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感元件或類似的光 接收元件。
發(fā)光元件100和光接收元件200被配置用于分別基于M光信號發(fā)生 電路10輸出的發(fā)光定時信號El和從檢測信號發(fā)生電路20輸出的檢測定 時信號來操作。發(fā)光信號發(fā)生電路10和檢測信號發(fā)生電路20基于定時發(fā) 生電路(未示出)中產(chǎn)生的公共時鐘CLK來操作。
發(fā)光信號發(fā)生電路10經(jīng)由下文所述的定時同步電路70與發(fā)光元件驅 動電路30相連，因此在定時同步電路70處將發(fā)光定時信號El修正為修 正的定時信號Elx，然后將修正的定時信號Elx饋入發(fā)光元件驅動電路 30?；谛拚亩〞r信號Elx,發(fā)光元件驅動電路30產(chǎn)生發(fā)光元件驅動 信號E2，該發(fā)光元件驅動信號E2驅動發(fā)光元件100產(chǎn)生強度調(diào)制光。如 圖3所示，發(fā)光元件驅動電路30包括在直流電源31與地之間與發(fā)光元件 100串聯(lián)連接的場效應晶體管FET32和電阻器33,并被配置用于響應于 矩形波形的^務正的定時信號Elx而以上述頻率導通和斷開FET 32。也就 是說，在修正的發(fā)光定時信號Elx的上升沿導通發(fā)光元件，并在4務正的 發(fā)光定時信號Elx的下降沿斷開發(fā)光元件。因此，以該頻率導通和斷開 發(fā)光元件IOO,以發(fā)出如圖4所示的強度正弦形地變化的光，從而產(chǎn)生正 弦波形的強度調(diào)制光IMR。稍后將討論定時同步電路70的細節(jié)。
檢測信號發(fā)生電路20與光接收元件驅動電路40相連，光接收元件驅 動電路40基于檢測定時信號來產(chǎn)生光接收元件驅動信號D2，用于以預定 的頻率來驅動光接收元件200。通過CCD圖像傳感元件實現(xiàn)的光接收元 件200具有容抗，并且在被光接收元件驅動信號D2充電至預定電平時，
4所示，通過在強度調(diào)制光的一個循環(huán)周期內(nèi)重復充電和放電，在該一個 循環(huán)周期內(nèi)向光接收元件提供多個相位區(qū)間P0、 Pl、 P2和P3。由信息 輸出電路300讀取針對每個相位區(qū)間所累積的電荷，即，接收光強度，該
信息輸出電路300確定接收的強度調(diào)制光的波形，基于該波形來計算M
間的相位差f，并基于該相位差f而獲得距該光反射物體的距離。
參照圖4，對計算相位差f的方案進行說明。分別將由光接收元件驅 動信號D2所確定的相位區(qū)間P0、 Pl、 P2和P3設置為來自發(fā)光元件100 的強度調(diào)制光IMR的相位的0。至卯。、卯°至180°、 180°至270°、以及 270°至360°。假設光接收元件200接收到從目標空間中的物體所^Jtt的 光RFR，強度調(diào)制光被投射至該目標空間，分別獲得各相位區(qū)間處的接 收光量AO、 Al、 A2和A3，建立相位差f與接收光量AO、 Al、 A2和A3 之間的關系式*=tan—、A3—A1)/(A0—A2)。在信息輸出電路300處
執(zhí)行該計算，信息輸出電路300根據(jù)由此獲得的相位差^、強度調(diào)制光的 頻率f、以及光速c又來計算距物體的距離L (l = 0c/2/ )。
根據(jù)上述可理解，精確獲得的相位差-對于測量距物體的距離而言是 必需的。為此，必須以與強度調(diào)制光IMR的波形同步的精確定時來確定 接收光強度。然而，考慮到可能存在這樣的情況由于變化的環(huán)境溫度而 導致來自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光并不與發(fā)光定時信號El精確AM目一 致，基于該強度調(diào)制光的實際波形以及光接收元件驅動信號D2來對發(fā)光 定時信號El進行修正就變得重要。例如，如圖4中的虛線所示，由于環(huán) 境溫度降低，通過流經(jīng)發(fā)光元件100的電流來限定的發(fā)光元件驅動信號 E2的相位將相對于發(fā)光定時信號El而延遲，從而導致強度調(diào)制光IMR 相對于發(fā)光定時信號El的相位滯后。
由于上述，本實施例被配置用于將定時同步電路70插入在發(fā)光信號 發(fā)生電路10與發(fā)光元件驅動電路30之間，以便對發(fā)光定時信號El的相 位進行修正，以使得發(fā)光元件驅動信號E2與光接收元件驅動信號D2之 間的相位差保持為零或預定常量值，并基于修正的發(fā)光定時信號Elx來 制名^發(fā)光元件驅動信號E2。如圖4中的實線所示，響應于由此制備的發(fā) 光元件驅動信號E2，發(fā)光元件100產(chǎn)生與光接收元件驅動信號D2的相 位相同步的強度調(diào)制光IMR。通過該結果，可以使得通過光接收元件驅 動信號D2而確定的各個相位區(qū)間P0、 Pl、 P2和P3精確地與來自發(fā)光 元件100的強度調(diào)制^目同步，從而使得能夠獲得來自發(fā)光元件100的強
并且能夠基于:相位差來計算距物體的精確距離。 ^
如圖1所示，定時同步電路70包括相位比較器72，被配置用于檢
測發(fā)光元件驅動信號E2與光接收元件驅動信號D2之間的相位差；以及 相位調(diào)整電路76，被配置用于基于^目位比較器72輸出的相位差來確定 發(fā)光定時信號El的相移值。如圖2所示，相位調(diào)整電路76包括波形 整形電路73，被配置用于分別將發(fā)光元件驅動信號E2和光接收元件驅動 信號D2整形為矩形波形；比較器74，用于對波形整形的信號進行比較； 以及積分器75，被配置用于對比較器74的輸出求積分，以提供與該驅動 信號之間的相位差相對應的相移值。
光接收元件驅動電路40包括輸出開關50,響應于檢測定時信號Dl 而導通和斷開開關50,用于向光接^件200提供來自直流電源210的 電流，以便以通過檢測定時信號Dl所確定的定時來啟動光接收元件200。 也就是說，驅動電路40被配置用于使得通過來自直流電源210的電流來 將光接收元件200啟動以iiyV用于檢測反射光強度的操作狀態(tài)。然而，由 于光接收元件200具有容抗，因此可能發(fā)生以下情況饋入光接收元件 200的電流，即，光接收元件驅動信號D2的電流變化率響應于顯著變化 的環(huán)境溫度而變化，從而導致了啟動光接收元件200過程中相對于檢測定 時信號D1的延遲。例如，在看到環(huán)境溫度的顯著下降時，光接收元件驅 動信號D2，即，驅動電流緩慢地增加，從而以相對于檢測定時信號Dl 延U4啟動光接收元件200。
為了消除上述問題，本實施例的光接收元件驅動電路40被配置為包 括電流監(jiān)測電路60 ，對由光接收元件驅動信號D2限定的電流的電流變 化率進行監(jiān)測；以及電流控制器66，基于電流監(jiān)測電路60的輸出， 從直流電源210經(jīng)由輸出開關50向光接收元件200提供的輸出電流的電 流變化率進行調(diào)節(jié)，即，對該電流達到真正啟動光接收元件200的水平的 上升時間、以及該電流下降到使得光接收元件200停用的水平的下降時間 進行調(diào)節(jié)。輸出開關50包括在直流電源210與地之間、與光接收元件200 串聯(lián)連接的n型金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET) 51和p型 MOSFET52,光接收元件200連接在這些FET的連接點與地之間。將檢 測定時信號Dl輸入FET的柵極，以便在檢測定時信號Dl為導通時導通 FET 51，從而將來自直流電源210的電流提供給光接收元件200，以對光 接收元件200進行充電，并在檢測定時信號Dl為斷開時導通FET 52， 以對光接收元件進行放電。將電阻器53插入在直流電源210和FET 51 之間，用于限制饋入到光接收元件200的電流，同時將電阻器54插入在 FET52與地之間，用于限制來自光接收元件的放電電流。
電流監(jiān)測電路60包括微分電路62,對光接收元件驅動信號D2即 流經(jīng)光接收元件200的電流的即時變化率進行檢測；以及峰值檢測電路 64，檢測該即時變化率的最大值。電流控制器66被配置用于控制電阻器 53和54，以便根據(jù)從峰值檢測電路64輸出的變化率的最大值來將經(jīng)過光 接收元件200的電流的變化率保持在預定值。由此，可能提供在接收到檢 測定時信號Dl之后用于啟動光接收元件200的恒定的啟動時間以及用于 使得該元件停用的恒定的停用時間，而不受環(huán)境溫度的影響，從而改進了 空間信息的檢測精度。
每個電阻器53和54由MOSFET構成，響應于通過電流控制器66 的輸出來改變的MOSFET的柵電壓，該MOSFET連續(xù)地改變其導通電 阻。
圖5示出了對上述實施例的l務正，其在配置和功能上與上述實施例相 同，除了設置選擇器80用于向定時同步電路70的相位比較器72選擇性 地輸入多個光接收元件驅動信號D2。通it^目似的附圖標記來表示相似的 部分，從而不再贅述。
分別根據(jù)四個檢測定時信號Dl來制備光接收元件驅動信號D2，以 限定強度調(diào)制光的相位區(qū)間P0、 Pl、 P2和P3。選擇器80選擇光接iJ^t 件驅動信號D2之一，用于將所選擇的一個光接收元件驅動信號D2饋入 相位比較器72，以使光接收元件驅動信號D2與發(fā)光元件驅動信號E2同 步。例如，在強度調(diào)制光的一個周期期間選擇第一光接收元件驅動信號 D2，以l更指定第一相位區(qū)間P0，以;5Lfc下一個周期期間選擇第二光接收 元件驅動信號D2,等等。這樣，可以通過選擇對于不同周期的不同光接 收元件驅動信號D2，來在多個周期上進行定時調(diào)整?？蛇x地，考慮到對 空間信息的檢測需要在多個周期上的計算，選擇器80可被布置用于選擇 四個光接收元件驅動信號D2中的隨機的一個光接M件驅動信號。
(第二實施例)
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的空間信息檢測設備，其在配置 和功能上與第一實施例基4^目同，除了插入在檢測信號發(fā)生電路20與光 接收元件驅動電路40之間的、用于使得檢測定時信號Dl與光接收元件 驅動信號D2相同步的輔助相位調(diào)整電路90。該實施例還使用具有上述功 能的選擇器80。通it^目似的附圖標記來表示相似的部分，從而不再贅述。
本實施例包括輔助相位比較器92，用于光接收元件驅動信號D2
與檢測定時信號Dl之間的相位比較，以使得輔助相位調(diào)整電路90響應 于檢測的相位差來制備修正的檢測定時信號Dlx，并將該修正的檢測定時 信號Dlx饋入光接收元件驅動電路40，從而使得檢測定時信號Dl與光 接收元件驅動信號D2同步，并因此將由此同步的檢測定時信號Dl經(jīng)由 選擇器80饋入定時同步電路70。通過該結果，使發(fā)光元件驅動信號E2 與檢測定時信號D1相同步，即，與光接收元件驅動信號D2相同步，從 而使得能夠將來自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光與光接收元件驅動信號D2 之間的相位差保持為零或預定值。
(第三實施例)
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的空間信息檢測i殳備，其在配置 和功能上與第一實施例基4^目同，除了在驅動光接收元件200的驅動通路 側設置定時同步電路70A。通it^目似的附圖標記來表示相似的部分，并不 再贅述。
將定時同步電路70A插入在檢測信號發(fā)生電路20與光接收元件驅動 電路40之間，用于將檢測定時信號Dl與發(fā)光元件驅動信號E2進行比較， 根據(jù)檢測的相位差來將檢測定時信號Dl修正為修正的檢測定時信號 Dlx,并將修正的檢測定時信號Dlx輸入光接收元件驅動電路40，從而 使得光接收元件驅動信號D2與發(fā)光元件驅動信號E2同步，即，與M 光元件100發(fā)射的強度調(diào)制光同步。定時同步電路70A具有與圖1和2 的第一實施例相同的配置。通過該結果，光接收元件200可以在與強度調(diào) 制光的相位精確同步地、在每個相位區(qū)間處檢測來自物體的反射光的強 度，從而確保了對空間信息的精確檢測。在本實施例中，采用與在圖5 的實施例中使用的相同的選擇器80用于針對強度調(diào)制光的每個不同周期 來選擇四個檢測定時信號Dl之一，并向定時同步電路70A提供所選擇的 信號。
定時同步電路70A包括相位比較器72A，被配置用于檢測來自發(fā) 光元件驅動電路30的發(fā)光元件驅動信號E2與來自檢測信號發(fā)生電路的 檢測定時信號Dl之間的相位差，以便提供與所檢測的相位差相對應的相 移值；以及相位調(diào)整電路76A,被配置用于將檢測定時信號D1的相位移 動該相移值，以修正檢測定時信號D1，并輸出修正的檢測定時信號Dlx。
(第四實施例)
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的空間信息檢測設備，其在配置
和功能上與第三實施例基^目同，除了使用基準光接收元件no來直M
收來自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光、以便向定時同步電路70A提供作為 與發(fā)光元件驅動電路30的輸出相關的周期性變化的指示的輸出。通it^目 似的附圖標記來表示相似的部分，而不再贅述。
將基準光接收元件110布置為與發(fā)光元件100相鄰，用于直揍接收來 自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光，并向定時同步電路70A輸出同相信號。 基準光接收元件110使用實現(xiàn)了光接收元件200的CCD圖像傳感元件的 一部分，并且被定向為朝向發(fā)光元件IOO。
(第五實施例)
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的空間信息檢測設備，其在配置 和功能上與第三實施例基^目同，除了使用具有與圖6的第二實施例相似 的配置的輔助相位調(diào)整電路90A和輔助相位比較器92A、以使得在檢測 定時信號Dl與光接收元件驅動信號D2之間進行相位匹配。通it^目似的 附圖標記來表示相似的部分，而不再贅述。
輔助相位比較器92A被配置用于將來自定時同步電路70A的修正的 檢測定時信號Dlx的相位與光接收元件驅動信號D2的相位進行比較，以 使得輔助相位調(diào)整電路卯A操作用于將修正的檢測定時信號Dlx進一步 修正為進一步修正的檢測定時信號Dly，以輸出至光接收元件驅動電路 40，從而使得光接收元件驅動信號D2的相位與修正的檢測定時信號Dlx 的相位匹配，即，與同步于該修正的檢測定時信號Dlx的強度調(diào)制光的 相位匹配。通過該結果，可能獲得針對與來自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光 的相位嚴格一致的相位區(qū)間的接收光強度，以改進空間信息的檢測精度。
(第六實施例)
圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的空間信息檢測設備，其在配 置和功能上與第三實施例基^目同，除了定時同步電路70A被配置用于 檢測光接收元件驅動信號D2與發(fā)光元件驅動信號E2之間的相位差、以 用于修正檢測定時信號Dl。通it^目似的附圖標記來表示相似的部分，而 不再贅述。
定時同步電路70A確定發(fā)光元件驅動信號E2與從光接收元件驅動電 路40經(jīng)由選擇器80A而輸出的光接收元件驅動信號D2之間的相位差， 并根據(jù)該相位差來將檢測定時信號Dl修正為修正的檢測定時信號Dlx， 將該修正的檢測定時信號Dlx輸入光接收元件驅動電路40。通過該結果，
光接收元件驅動電路40制備與來自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光同相的光 接收元件驅動信號D2，以便與發(fā)光元件100嚴格同步地操作光接收元件 200。
(第七實施例)
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的空間信息檢測設備，其中， 分別在發(fā)光元件100和光接收元件200的驅動通路上形成第一定時同步電 路70和第二定時同步電路70A。該定時同步電路及其它部分的配置與第 一或第六實施例相同。通it^目似的附圖標記來表示相似的部分，而不再贅 述。
笫 一定時同步電路70插入在發(fā)光信號發(fā)生電路10與發(fā)光元件驅動電 路30之間，并且由第一相位比較器72和第一相位調(diào)整電路76構成，該 第一相位比較器72將發(fā)光元件驅動信號E2的相位與檢測定時信號Dl的 相位進行比較，該第一相位調(diào)整電路76基于所檢測的相位差，將發(fā)光定 時信號El修正為修正的發(fā)光定時信號Elx,將該修正的發(fā)光定時信號Elx 輸出至發(fā)光元件驅動電路30。將選擇器80插入在第一相位比較器72與 檢測信號發(fā)生電路20之間，以便以與圖6的實施例相似的方式向第一相 位比較器72順序地輸出多個檢測定時信號。
笫二定時同步電路70A插入在檢測信號發(fā)生電路20與光接收元件驅 動電路40之間，并且由第二相位比較器72A和第二相位調(diào)整電路76A構 成，第二相位比較器72A確M光定時信號El與光接收元件驅動信號 D2之間的相位差，第二相位調(diào)整電路76A基于所檢測的相位差，將檢測 定時信號Dl修正為修正的檢測定時信號Dlx，將該修正的檢測定時信號 Dlx輸出至光接JJtit件驅動電路40。在該實施例中，使用與圖5的實施 例具有相同配置的選擇器80A來針對強度調(diào)制光的每個周期而選擇四個 光接收元件驅動信號D2之一,并將選擇的信號輸入第二相位比較器72A。
在本實施例中使用兩個定時同步電路70和70A以使發(fā)光定時信號 El和檢測定時信號Dl的相位更接近于彼此的方向來修正發(fā)光定時信號 El和檢測定時信號Dl，從而使得能夠與來自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光 精確相位同步地操作光接收元件200,以改進空間信息的檢測精度。
(第八實施例)
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的空間信息檢測設備，除了定
時同步電路70B的內(nèi)部配置;M目關配置之外，該實施例在配置和功能上
與圖10的第六實施例相同。通it^目似的附圖標記來表示相似的部分，而 不再贅述。
定時同步電路70B包括振蕩電路78，產(chǎn)生頻率隨變化的輸入電壓 而變化的信號；以及相位比較器72B,對檢測定時信號Dl與發(fā)光元件驅 動信號E2之間的相位差進行檢測。將所檢測的相位差饋入振蕩電路78， 振蕩電路78接著提供具有基于該相位差而變化的頻率的信號，并將該信 號作為修正的檢測定時信號Dlx而輸出至光接收元件驅動電路40。通過 該結果，光接收元件驅動信號D2變得與來自發(fā)光元件100的強度調(diào)制光 相位同步，從而使得能夠將發(fā)光元件100的操作與光接收元件200的操作 相同步。
(第九實施例)
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的空間信息檢測設備，其與圖 12的實施例相同，除了定時同步電路70B提供了用于限定發(fā)光定時信號 的輸出。通it^目似的附圖標記來表示相似的部分，并不再贅述。
定時同步電路70B包括相位比較器72B和振蕩電路78。相位比較器 72B被配置用于將來自檢測定時發(fā)生電路20的檢測定時信號Dl與來自 發(fā)光元件驅動電路30的發(fā)光元件驅動信號E2進行比較，以提供指示去 向振蕩電路78的信號之間的相位差的電壓。在本實施例中，振蕩電路78 限定了發(fā)光信號發(fā)生電路，并被配置用于產(chǎn)生發(fā)光定時信號El，將該發(fā) 光信號El輸出至發(fā)光元件驅動電路30。振蕩電路被設置用于根據(jù)來自相 位比較器72B的輸出電壓來調(diào)節(jié)發(fā)光定時信號El的頻率，并且被配置用 于確定發(fā)光定時信號El的頻率，以便保持在相位比較器72B處檢測的檢 測定時信號Dl與發(fā)光元件驅動信號E2之間的恒定的相位差。經(jīng)由具有 與圖11的實施例相同的配置的選擇器80而將檢測定時信號Dl饋入相位 比較器72B。
圖14示出了可應用于上述實施例的示例性光接收元件驅動電路，其 在操作上與圖1的實施例中的光接》1^件驅動電路40基^目同。通it^目 似的附圖標記來表示相似的部分，而不再贅述。
光接收元件驅動電路40A包括電流監(jiān)測電路60，其包括微分電路 62和峰值檢測電路64，該微分電路62被配置用于獲得流經(jīng)光接收元件 200的光接收元件驅動電流的即時變化率；該峰值檢測電路64被配置用 于檢測在微分電路62處獲得的即時變化率的最大值。在峰值檢測電路64
處檢測的變化率的最大值被更新并存儲在寄存器68中。如同參照第一實 施例所討論的，電流控制器66基于從寄存器68讀出的電流變化率的最大 值來控制用作單個電阻器的FET 53和54，以便將從直流電源210經(jīng)由輸 出開關50而流入光接收元件200的充電電流保持在預定水平，并且還將 從光接收元件200經(jīng)由輸出開關50流至地的放電電流保持在預定水平。 通過該結果，確保為響應于檢測定時信號Dl而流經(jīng)光接收元件200的充 電電流和放電電流提供恒定的上升時間和下降時間，這使得能夠不受環(huán)境 溫度影響地操作光接收元件200,用于精確,測空間信息。
光接收元件驅動電路40A包括溫度傳感器130，用于感應環(huán)境溫度； 溫度表140，用于以預定的時間間隔來存儲檢測的溫度；以及與溫度傳感 器130和溫度表140相連的啟動電路120。啟動電路120被配置用于將即 時溫度與在預定的先前時間時所記錄的先前溫度進行比較，并且僅在該溫 差超過預定閾值時啟動微分電路62和峰值檢測電路64，否則使得微分電 路62和峰值檢測電路64停用。當該溫差低于閾值時，電流控制器66基 于從寄存器獲得的電流值來控制流經(jīng)光接收元件200的電流。因此，可能 在對光接收元件200的操作沒有不利影響的溫度范圍內(nèi)停用微分電路和 峰值檢測電路，從而減少了功率消耗。
圖15示出了另一光接收元件驅動電路，其可應用于上述實施例，并 且可被配置用于基于環(huán)境溫度來修正光接收元件驅動電流D2的變化率， 以消除光接收元件200的操作響應中的取決于環(huán)境溫度的變化。光接M 件驅動電路40B包括溫度傳感器150，用于感應環(huán)境溫度；以及存儲器 裝置162,用于存儲與所檢測的溫度相關的預定的控制^lt。電流控制器 160從存儲器裝置162讀取與檢測的溫度相對應的控制^lt，以便向分別 用作電阻器的FET 53和54的柵機蘇加由該控制^lt限定的電壓，以對 每個FET的導通電阻進行調(diào)節(jié)，從而保持了從直流電源210經(jīng)由輸出開
關50流至地的放電電流的恒定的電流變化率。通過該結果，確保了為流 經(jīng)光接收元件200的充電電流和放電電流提供恒定的上升時間和下降時 間，這使得能夠不受環(huán)境溫度影響地操作光接收元件200，用于精確i4^r 測空間信息。
圖16示出了可應用于上述光接收元件驅動電路的電流控制方案。在 本示例中，^^用多個直流電源210A、 210B和210C來從直流電源的^"意 組合向光接收元件200提供電流，同時在相應的直流電源和地之間插入輸
出開關50A、 50B和50C。每個輸出開關具有與圖1的實施例中使用的輸 出開關相同的配置。光接M件200連接在串聯(lián)的FET51A、 52A; 51B、 52B; 51C、 52C的每個連接點與地之間。限定每個輸出開關的FET的柵 極彼此相連，用于同時接收檢測定時信號Dl,以便如同圖l的實施例一 樣地根據(jù)檢測定時信號Dl以相似的方式來導通和斷開FET,用于對光接 收元件200進行充電和放電。
每個輸出開關50A、 50B和50C與每個用作電阻器的充電電流控制 FET53A、 53B和53C串聯(lián)連接，并且還與每個用作電阻器的放電電流控 制FET54A、 54B和54C串聯(lián)連接。電流控制器160啟動充電電流控制 FET與放電電流控制FET的任意組合，以使得電流以預定的變化率流經(jīng) 光接收元件200。電流控制器160向 轉換器164提供了與預定的變化 率相對應的限定電流值的模擬電壓，該模數(shù)轉換器164產(chǎn)生數(shù)字信號，該 數(shù)字信號分別確定了要導通的充電電流控制FET 53A、 53B和53C的組 合以及要導通的放電電流控制FET 54A、 54B和54C的組合。該數(shù)字信
的組合的FET，以i制流經(jīng)光接收元件200的電流。 ''
因此，可以以任意組合方式來導通分別與多個輸出開關相連的多個充 電電流控制FET，從而使得能夠精確地控制流向光接收元件200的充電 電流。在該示例中，充電電流控制FET 53A、 53B和53C被制造為具有 相等或不同的導通電阻。對于放電電流控制FET 54A、 54B和54C而言 同樣如此。
(第十實施例)
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的空間信息檢測設備，除了定 時同步電路70的內(nèi)部配置之外，該實施例在配置和功能上與圖l和5的 實施例相同。通iit目似的附圖標記來表示相似的部分，而不再贅述。
定時同步電路70包括振蕩電路78和相位比較器72，振蕩電路78用 于產(chǎn)生頻率隨輸入電壓而變化的信號，相位比較器72用于檢測發(fā)光定時 信號El與光接收元件驅動信號D2之間的相位差。以電壓信號的形式將 檢測的相位差饋入振蕩電路78，振蕩電路78提供了頻率隨該相位差而變 化的信號，并將該信號作為修正的發(fā)光定時信號Elx而輸出至光接jjt^ 件驅動電路30。通過該結果，從發(fā)光元件100發(fā)射與光接收元件驅動信 號D2同相的強度調(diào)制光，從而能夠使得發(fā)光元件100的操作與光接收元 件200的操作相同步。
上述每個實施例所描述的各個特征及其修正可以與其它實施例的特 征及其修正進行組合或由其它實施例的特征及其修正所替換，其仍在本發(fā)
明的范圍之內(nèi)。
此外，盡管上述實施例被解釋為用于獲得距目標空間中的物體的距離 作為一個典型空間信息，但是本發(fā)明不應被限定于此，并且本發(fā)明可以等
同地應用于基于來自物體的光的^^射率來識別物體，這是通it^J"從物體反 射的強度調(diào)制光的強度的分析來獲得的。
權利要求
1.一種空間信息檢測設備，包括發(fā)光元件(100)，被配置用于向目標空間發(fā)射強度調(diào)制光；發(fā)光信號發(fā)生電路(10)，被配置用于產(chǎn)生發(fā)光定時信號(E1)，所述發(fā)光定時信號確定了所述發(fā)光元件的發(fā)光定時；發(fā)光元件驅動電路(30)，被配置用于響應于所述發(fā)光定時信號而輸出發(fā)光元件驅動信號(E2)，以便從所述發(fā)光元件產(chǎn)生所述強度調(diào)制光；光接收元件(200)，被配置用于接收從所述目標空間中的物體反射的所述強度調(diào)制光；信息輸出電路(300)，被配置用于針對多個相位區(qū)間(P0、P1、P2和P3)中的每個相位區(qū)間來提取在所述光接收元件處接收的光的光強度，基于所述提取的光強度的變化來確定來自所述發(fā)光元件的所述強度調(diào)制光與在所述光接收元件處接收的所述強度調(diào)制光之間的關系，以及輸出所述目標空間內(nèi)的空間信息；光接收元件驅動電路(40；40A；40B)，被配置用于向所述光接收元件輸出多個互相有相位差的光接收元件驅動信號(D2)，以針對每個所述相位區(qū)間而啟動所述光接收元件；檢測信號發(fā)生電路(20)，被配置用于向所述光接收元件驅動電路提供檢測定時信號(D1)，以確定產(chǎn)生所述光接收元件驅動信號的定時；以及定時同步電路(70；70A；70B)，被配置用于將與所述發(fā)光元件驅動電路的輸出相關的周期性變化與通過所述檢測定時信號確定的周期性變化進行比較，并對所述檢測定時信號(D1)和所述發(fā)光定時信號(E1)中的至少一個進行修正，以保持所述周期性變化之間的恒定的相位差。
2. 根據(jù)權利要求1所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步電 路(70 )被配置用于從所述光接收元件驅動電路獲得所述光接收元件驅動 信號(D2)的周期性變化，作為要通過所述檢測定時信號來確定的所述 周期性變化，以用于與來自所i^L光元件驅動電路(30)的發(fā)光元件驅動 信號(E2 )進行比較。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同 步電路(70)被配置用于將所述發(fā)光定時信號修正為修正的發(fā)光定時信號 (Elx),并將所述修正的發(fā)光定時信號饋入所iOL光元件驅動電路。
4.根據(jù)權利要求3所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步電路(70)插入在所述發(fā)光信號發(fā)生電路(10)與所述發(fā)光元件驅動電路(30)之間，并且包括相位調(diào)整電路(76)，被配置用于將從所述發(fā)光元件驅動電路(30)輸出的發(fā)光定時信號的相位偏移可變相移值; 以及相位比較器(72 )，被配置用于才艮據(jù)從所述光接收元件驅動電路輸出的周期性變化與來自所述發(fā)光元件驅動電路(30)的發(fā)光元件驅動信號之間的相位差來確定所勤目移值。
5.根據(jù)權利要求3所述的空間信息檢測設備，其中所述光接^t件 驅動電路(40 )被配置用于基于從所述檢測信號發(fā)生電路輸出的多個檢測 定時信號來確定所述光接收元件驅動信號，并且選擇器(80 )被設置用于 選擇性地提取互相有相位差的光接收元件驅動信號，所述定時同步電路 (70 )被配置用于基于從所述選擇器(80 )選擇的所述光接收元件驅動信之間的相位差，來修正所述發(fā)光定時信號。
6. 根據(jù)權利要求5所述的空間信息檢測設備，其中所述信息輸出電 路(300)被配置用于在針對與所述光接收元件驅動信號相對應的每個所 勤目位區(qū)間(P0, Pl， P2， P3)的多個時間上來對接收光強度進行積分， 所述信息輸出電#配置用于與從所述選擇器(80 )選擇的光接收元件驅 動信號(D2)相同步地，在每個所&目位區(qū)間(P0， Pl， P2， P3)處從 所述光接收元件(200 )獲得接收光強度。
7. 根據(jù)權利要求2所述的空間信息檢測設備，還包括輔助相位調(diào)整電路(90),插入在所述檢測信號發(fā)生電路(20)與所 述光接收元件驅動電路(40 )之間，被配置用于使得所述檢測定時信號的 相位偏移可變相移值，并將所述檢測定時信號輸出至所述光接收元件驅動 電路；輔助相位比較器(92),被配置用于對所述檢測定時信號(Dl)與從 所述光接收元件驅動電路輸出的周期性變化(D2)之間的相位差進行檢 測，以向所述輔助相位調(diào)整電^l:供指示所^目位差的輸出；所述輔助相位調(diào)整電路(卯)被配置用于基于所勤目位差來確定所述相移值，以使得所述檢測定時信號(Dl)與來自光接收元件驅動電路的 所述光接收元件驅動信號(D2)之間的相位差保持為預定值。
8. 根據(jù)權利要求1所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步電 路(70; 70A)被配置用于將由所i^JL光元件驅動電路(30)的輸出引起 的周期性變化(E2)與來自檢測信號發(fā)生電路(20)的所述檢測定時信 號(Dl)進行比較。
9. 根據(jù)權利要求8所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步電 路(70 )被配置用于修正所述發(fā)光定時信號，以向所i!JL光元件驅動電路 提##正的發(fā)光定時信號(Elx )。
10. 根據(jù)權利要求8所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步電 路(70A)被配置用于將所述檢測定時信號(Dl)修正為修正的檢測定時 信號(Dlx)，并向所述光接收元件驅動電路(40)提供修正的檢測定時 信號。
11. 根據(jù)權利要求10所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步 電路(70A)插入在所述檢測信號發(fā)生電路(20)與所述光接收元件驅動 電路(40)之間，并且包括相位調(diào)整電路(76A),被配置用于將來自所述檢測信號發(fā)生電路的 所述檢測定時信號(Dl)的相位偏移可變相移值，并將所述檢測定時信 號輸出至所述光接收元件驅動電路(40 );以及相位比較器(72A)，被配置用于基于從所述發(fā)光元件驅動電路輸出相位差來確定所述相移值。
12. 根據(jù)權利要求l所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步電 路包括第一定時同步電路(70)，插入在所^JC光信號發(fā)生電路(10)與所 述發(fā)光元件驅動電5MU'司；以及第二定時同步電路(70A),插入在所述檢測信號發(fā)生電路與所述光 接收元件驅動電路之間；所述第一定時同步電路(70)包括第一相位調(diào)整電路(76)，被配 置用于將來自所述發(fā)光信號發(fā)生電路的所述發(fā)光定時信號(El)的相位偏移可變相移值，并將所述發(fā)光定時信號輸出至所述發(fā)光元件驅動電路(30);以及第一相位比較器(72)，被配置用于基于從所述發(fā)光元件驅動 電路(30)輸出的周期性變化(E2)與來自所述檢測信號發(fā)生電路(20) 的所述檢測定時信號(Dl)之間的相位差來確定所i^目移值；所述第二定時同步電路(70A)包括第二相位調(diào)整電路(76A)，被 配置用于將來自所述檢測信號發(fā)生電路(20)的所述檢測定時信號(Dl) 的相位偏移可變相移值，并將所述檢測定時信號輸出至所述光接收元件驅 動電路(40);以及第二相位比較器(72A)，被配置用于基于來自所i^L 光信號發(fā)生電路(10)的所述發(fā)光定時信號(El)與來自所述光接收元 件驅動電路(40)的所述光接收元件驅動信號(D2)之間的相位差來確 定所述相移值。
13. 根據(jù)權利要求10所述的空間信息檢測設備，還包括輔助相位調(diào)整電路(卯A )，插入在所述定時同步電路(70A)與所述 光接收元件驅動電路(40 )之間，被配置用于將所述修正的檢測定時信號 (Dlx)的相位偏移可變相移值；輔助相位比較器(92A)，被配置用于檢測所述修正的檢測定時信號 (Dlx )與來自所述光接收元件驅動電路(40 )的光接收元件驅動信號(D2 ) 之間的相位差，以向所述輔助相位調(diào)整電路(卯A)提供指示所^目位差 的輸出，以及所述輔助相位調(diào)整電路(卯A)被配置用于基于所i^目位差來確定所 勤目移值，以使得來自所述定時同步電路(70A)的所述修正的檢測定時 信號(Dlx)與來自光接收元件驅動電路(40)的所述光接收元件驅動信 號(D2)之間的相位差保持為預定值。
14. 根據(jù)權利要求10所述的空間信息檢測設備，還包括基準光接收元件(110 )，被配置用于接收來自所i^L光元件的所述強 度調(diào)制光的一部分，以輸出對應的光強度；以及所述定時同步電路(70A)被配置用于使用光強度作為與所iOC光元 件驅動電路(30)的輸出相關的周期性變化的指示。
15. 根據(jù)權利要求10所述的空間信息檢測設備，其中所述定時同步 電路(70B)包括振蕩電路(78)，被配置用于使用頻率隨變化的輸入電壓而變化的信號，開付努動電路(40);以及相位比較器(72B)，被配置用于產(chǎn)生電壓，該電壓指示與所述發(fā)光 元件驅動電路(30)的輸出相關的周期性變化(E2)與來自所述檢測信 號發(fā)生電路(20)的檢測定時信號(Dlx)之間的相位差，并將所述電壓 提供給所述振蕩電路。
16. 根據(jù)權利要求l所述的空間信息檢測設備，其中所述光接收元件 具有容抗，并被配置用于基于從直流電源(210)提供的直流電流來操作， 所述光接收元件驅動電路(40B)包括輸出開關(50)，連接在所述直流電源與所述光接收元件之間，用于 與所述檢測定時信號同步地向所述光接收元件提供所述直流電流；溫度傳感器(150)，用于檢測環(huán)境溫度；以及電流控制器(160 )，被配置用于以使得饋入所述光接收元件的電流保 持預定的變化率的方式來對饋入所述光接收元件的電流進行調(diào)節(jié)。
17. 才艮據(jù)權利要求16所述的空間信息檢測設備，其中所述電流控制 器(160 )包括存儲器裝置(162 )，該存儲器裝置(162 )被配置用于與溫 度相關聯(lián)地存儲流經(jīng)所述光接收元件的電流的變化率，所述電流控制器被配置用于從所述存儲器裝置(162 )讀出與從所述 溫度傳感器(150)輸出的溫^L相對應的電流變化率，并控制流經(jīng)光接收 元件的電流^使其與讀出的電流變化率相匹配。
18. 根據(jù)權利要求l所述的空間信息檢測設備，其中所述光接收元件 具有容抗，并被配置用于基于從直流電源(210)提供的直流電流來操作， 所述光接收元件驅動電路(40A)包括輸出開關(50),連接在所述直流電源與所述光接收元件之間，用于 與所述檢測定時信號同步地向所述光接收元件提供所述直流電流；電流監(jiān)測電路(60)，被配置用于監(jiān)測饋入所述光接收元件的電流的 變化率，并提供指示該變化率的電流變化輸出；以及電流控制器(66)，被配置用于響應于所述電流變化輸出進行操作，所述光接收元件的電流進行調(diào)節(jié)。
19.根據(jù)權利要求18所述的空間信息檢測設備，其中所述電流監(jiān)測頁電路(60 )包括微分電路(62)，被配置用于計算流經(jīng)所述光接收元件的電流的即時 變化率；以及峰值檢測電路(64 )，被配置用于檢測來自所述微分電路的所述即時 變化率的最大值；所述電流控制器(66)被配置用于基于來自所述峰值檢測電路的所述 即時變化率的最大值來控制流經(jīng)所述光接收元件的電流，以將該變化率保 持在預定值。
20. 根據(jù)權利要求19所述的空間信息檢測設備，其中所述光接M 件驅動電路還包括溫度傳感器(130 )，用于檢測環(huán)境溫度；寄存器(68)，被配置用于保存在所述峰值檢測電路(64)處檢測到 的所述即時變化率的最大值；溫度表(140 ),被配置用于以預定的時間間隔來存儲所述溫度傳感器 的輸出；以及啟動電路(120 ),用于僅僅在檢測到電流溫度與所記錄的在預定的先 前時間時的先前溫度之間的溫差超過預定水平時，才啟動所述微分電路和 所述峰值檢測電路。
21. —種空間信息檢測設備，包括發(fā)光元件(100 )，被配置用于向目標空間發(fā)射強度調(diào)制光；發(fā)光信號發(fā)生電路(10)，被配置用于產(chǎn)生確定所述發(fā)光元件的發(fā)光 定時的發(fā)光定時信號(El);發(fā)光元件驅動電路(30),被配置用于響應于所述發(fā)光定時信號而輸 出發(fā)光元件驅動信號(E2)，以在所述發(fā)光元件處產(chǎn)生所述強度調(diào)制光；光接收元件(200 )，被配置用于接收從所述目標空間中的物體反射的 所述強度調(diào)制光；信息輸出電路(300)，被配置用于針對多個相位區(qū)間(PO、 Pl、 P2 個湘植區(qū)間基'所述光接收元件處接收的所述強度調(diào)制光之間的關系，以及輸出所述目標空間內(nèi)的空間信息；光接收元件驅動電路(40; 40A; 40B)，被配置用于向所述光接收元 件輸出多個互相有相位差的光接收元件驅動信號(D2)，以針對每個所述 相位區(qū)間而啟動所述光接收元件；檢測信號發(fā)生電路(20),被配置用于向所述光接收元件驅動電i^ 供檢測定時信號(D1)，以確定產(chǎn)生所述光接收元件驅動信號的定時；以 及定時同步電路(70; 70A; 70B)，被配置用于將來自所i^光信號發(fā)期性變化進行比較，并對所述檢測定時信號(Dl)和所述發(fā)光定時信號 (El)中的至少一個進行修正，以保持所述周期性變化之間的恒定的相 位差；其中所述定時同步電路(70)包括振蕩電路(78),被配置用于使用頻率隨輸入電壓而變化的信號，并 將所述信號作為所述修正的檢測定時信號(Elx)而提供給所i^L光元件 馬區(qū)動電路；以及相位比較器(72)，被配置用于產(chǎn)生電壓，所述電壓指示與所述光接 收元件驅動電路的輸出相關的周期性變化(D2)與來自所述發(fā)光信號發(fā) 生電路的發(fā)光定時信號(El)之間的相位差，并將所述電壓提供給所述 振蕩電路。
全文摘要
提供了一種設備，該設備使用強度調(diào)制光以基于從目標空間反射的光的光強度來檢測空間信息。該設備設有定時同步電路，用于使得來自發(fā)光元件的強度調(diào)制光的相位與操作接收該強度調(diào)制光的光接收元件的定時同步。光接收元件操作用于能夠針對該強度調(diào)制光的一個周期中的多個相位區(qū)間中的每個相位區(qū)間來檢測接收光的強度。定時同步電路用于將確定光接收元件的操作的周期性變化與和發(fā)光元件驅動電路的輸出相關的周期性變化進行比較，以保持這兩個周期性變化之間的恒定的相位差。
文檔編號G01S17/36GK101361008SQ200780001538
公開日2009年2月4日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權日2006年10月18日
發(fā)明者坂本慎司, 橋本裕介, 熊原稔, 高田裕司 申請人:松下電工株式會社