(57)【要約】  本発明は、ＴＯＦビジョンカメラに関し、キャリアクロック信号を変調するための変調回路ＭＯＤを備える電子制御回路を提案し、一連の光パルスＳＥの放出を制御するために、およびカメラのマトリックス画像センサＣＩのＮ個のキャプチャ位相ＳＴ０、ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３を同期的に制御するために、カメラ固有のパルス位置変調関数ｋ（ｔ）を適用し、カメラに適用される変調クロック信号ｆｅをカメラ光源変調信号Ｓ−ＬＥＤとして出力し、この変調クロック信号ｆｅは、クロックパルスｆｅが一定のパルス持続時間Ｔｐを有し、キャリア周波数ｆｐによって固定され、Ｔｐ＝１／２ｆｐであり、２つの連続するパルス間の可変時間間隔Ｔｏｆｆで、前記変調関数ｋ（ｔ）によって変調され、前記時間間隔は、少なくともパルス持続時間に等しく、可変であるが５０％以下である変調クロックサイクル比ｆｅを定義する。
2021517256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個のキャプチャ位相で飛行時間を測定するビジョンカメラであって、Ｎは少なくとも２の整数であり、カメラハウジング内に、
−カメラ用に定義されたキャリア周波数（ｆｐ）を有するキャリアクロック信号を受信し、前記キャリア周波数で変調クロック信号（ｆｅ）を生成するように構成された電子制御回路（Ｃ−ＭＯＤ）と、
−一連の光パルス（ＳＥ）を目標シーンに向けて放出するために、前記変調クロック信号（ｆｅ）によって変調された発光源（Ｓ−ＬＥＤ）であって、パルスの持続時間（Ｔｐ）、および２つのパルス間の間隔（Ｔｏｆｆ０）は、５０％以下のサイクル比を定義する、発光源と、
−積分期間（ＴＩＮＴ）毎にＮ個の画像キャプチャ位相（ＳＴ０、ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３）を制御するように構成された画像アレイセンサ（ＣＩ）であって、光源によって放出された光パルスと同期し、積分期間は、キャリアクロック周期（ｆｐ）に対応する、画像アレイセンサと、を備え、
前記電子制御回路は、キャリアクロック信号の変調回路（ＭＯＤ）を備え、キャリア周波数よりも低い周波数の周期信号によって合成された、カメラに固有のパルス位置変調関数（ｋ（ｔ））を適用し、光源変調信号として適用され、センサのＮ個のキャプチャ位相を制御するために適用される前記変調クロックｆｅのパルスは、キャリア周波数ｆｐによって設定される一定のパルス持続時間Ｔｐ、Ｔｐ＝１／２ｆｐであり、および前記変調関数（ｋ（ｔ））によって変調された２つの連続する可変パルス間の時間間隔（Ｔｏｆｆ）を有し、前記時間間隔は、少なくともパルス持続時間に等しく、可変変調クロックサイクル比を定義するが、５０％以下であることを特徴とする、ビジョンカメラ。
【請求項２】
前記周期信号は、位相ロックループによって供給される正弦波信号であることを特徴とする、請求項１に記載のビジョンカメラ。
【請求項３】
前記変調関数（ｋ（ｔ））は、カメラで構成可能な関数であることを特徴とする、請求項１または２に記載のビジョンカメラ。
【請求項４】
前記電子制御回路は、カメラのセンサ内の集積回路である、請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のビジョンカメラ。
【請求項５】
前記変調関数は、変調クロックサイクル比（ｆｅ）が１０％〜３０％の間で変化するようなものである、請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載のビジョンカメラ。
【請求項６】
画像アレイセンサであって、キャリア周波数ｆｐは、キャリアクロック周期当たりＮ個のキャプチャ位相で飛行時間測定用に定義された動作距離に対応するキャリアクロック信号を受信する電子制御回路を備え、Ｎは、少なくとも２の整数であり、前記電子制御回路は、キャリア周波数より低い周期周波数信号（ｆｍｏｄ１）によって合成されたパルス位置変調関数（ｋ（ｔ））を適用する、キャリアクロック信号用の変調回路（Ｃ−ＭＯＤ）を備え、変調クロック（ｆｅ）のパルスが、キャリア周波数によって設定される一定のパルス持続時間Ｔｐ、Ｔｐ＝１／２ｆｐであり、および前記変調関数によって変調された２つの連続するパルス間の可変時間間隔（Ｔｏｆｆ）を有するように変調クロック（ｆｅ）を供給し、前記時間間隔は、少なくともパルス持続時間に等しく、可変サイクル比を定義するが、５０％以下であり、前記変調クロック（ｆｅ）は、センサのピクセルアレイシーケンス回路（ＳＥＱ）に適用され、前記Ｎ個のキャプチャ位相を制御し、飛行時間ビジョンカメラの光源（Ｓ−ＬＥＤ）を外部同期信号として提供することを特徴とする、画像アレイセンサ。
【請求項７】
前記周期信号は、位相ロックループによって提供される正弦波信号である、請求項６に記載の画像アレイセンサ。
【請求項８】
前記変調関数（ｋ（ｔ））は、構成可能な関数であることを特徴とする、請求項６または７に記載の画像アレイセンサ。
【請求項９】
前記変調関数は、変調クロックサイクル比（ｆｅ）は、１０％〜３０％の間で変化するようなものである、請求項６ないし８のうちいずれか１項に記載の画像アレイセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクスレシーバとしてイメージセンサ（ＣＭＯＳ、ＣＣＤ）を使用するＴＯＦカメラ（「飛行時間」）として知られる３Ｄ飛行時間測定ビジョンカメラに関する。これらのカメラは、障害物検出、パレタイジング、マシンビジョン（ロボット工学）や自動車ビジョン（ナビゲーションエイド、駐車場）、３次元マッピング、安全性など、動作距離が１メートル〜数百メートルのアプリケーションでカウントする人々に特に使用される。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間測定技術を使用した距離測定は、目標によって反射される波の往復経路を確立された方法で利用する。ＴＯＦカメラでは、図１と図２に示されるように、技術は、カメラが、目標に向かって光信号ＳＥを放出し、この信号ＳＥは、振幅が正弦波変調されており、カメラのイメージアレイセンサは、目標によって反射された光信号ＳＲ（適切には光学システムによって焦点が合わされる）を受信し、光変調（送信機／受信機の同期）と同期する光積分期間毎に少なくとも２つの画像キャプチャ位相を導き、戻り信号の位相シフトΔφを測定する。変調キャリア周波数がｆｐで、積分周期がＴＩＮＴ＝１／ｆｐの場合。カメラから光を反射する目標までの距離Ｄ（エコー）は、次の方程式によって与えられる。
式０
【０００３】
【数１】
2021517256.tif 000003
ここで、Ｃは、光の速度である。
【０００４】
一般に、図１と図２に示されるように、センサは光パルスキャプチャ期間にわたって４つの位相ＳＴ０、ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３をキャプチャする（したがって、位相は互いにπ／２ｒａｄ位相がずれている）。次に、反射信号ＳＲの振幅ａ、振幅によるオフセットｈを計算できる。これは、次の３つの方程式によって、周囲光と放出信号ＳＥによる位相シフトΔφによって受信された信号の一部を表す。
式１
【０００５】
【数２】
2021517256.tif 000004
式２
【０００６】
【数３】
2021517256.tif 000005
式３
【０００７】
【数４】
2021517256.tif 000006
位相シフト測定（２ｋπｒａｄクローズで）により、目標までの距離Ｄ（式０）を計算できる。ピクセルに対する反射点の角度位置を決定する方法も知られている。これは、全てよく知られている。
【０００８】
実際には、デジタル回路への実施が容易なため、正弦波変調ではなく方形信号変調が使用される。これは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサを備えたＴＯＦビジョンカメラに特に適している。例えば、画像アレイセンサがアクティブピクセルを備えたＣＭＯＳセンサである場合、ピクセル構造に組み込まれたトランジスタは、ピクセルの開口部を電子的に制御でき、その間にピクセルのフォトサイトが光を積分する。したがって、センサのキャプチャ位相は、ピクセルの電子シャッタへの開始コマンドに対応し、全てのピクセルに同時に（同時に）適用される。これは、全体的なシャッタとして知られている（タイムシフトシャッタコントロールとは対照的に、ピクセルアレイへのライン毎の積分を可能にする）。これらのＣＭＯＳセンサは、約１０ナノ秒の非常に短い時間で積分することができる。これは、１メートル〜数百メートルの範囲を対象とした動作距離（ＴＯＦカメラの「範囲」）に適している。
【０００９】
図２のタイムテーブルは、４相の飛行時間測定の場合の、サイクル比５０％のこの正方形の信号変調コンテキストにおける位相Ａ０からＡ３を示している。光源によって放出される信号ＳＥは、変調周波数ｆｅの一連の光パルスである。パルスの幅（持続時間）Ｔｐは、一定のＴｐであり、キャリア周波数ｆｐ（Ｔｐ＝１／２．ｆｐ）でのクロックパルスの持続時間に対応する。このキャリア周波数ｆｐは、カメラの動作距離（式０）を示す。通常は、設定できる。すなわち、センサとカメラの電子機器には、選択した動作距離に対応するキャリアクロックを生成するクロック生成回路（タイムベース）があり、オペレータまたは外部制御システムによって構成される。この距離は、カメラの用途に応じて定義される。アイデアを得るには、１メートル当たり６ｎｓが必要である。したがって、実際には、Ｔｐは、最短距離の約１０ナノ秒〜最長距離の数百ナノ秒まで変化する。
【００１０】
マトリックスレシーバと光源の制御電子機器を同期させて、キャプチャ位相を送信位相に調整する。次に、計算に基づいて、送信された各パルスについて、どのマトリックスレシーバのキャプチャ位相でリターン信号が見つかり、どの比率であるかを決定できる。各キャプチャ位相で、ピクセルフォトサイトは、特定のキャプチャ位相と対応するリターン信号パルス（および信号を反射するターゲットの角度位置）の一致に応じて、０から数個の光子を積分する。一連のＫの光パルス（例えば、Ｋは、１０００〜２０００）の放出により、光子が各キャプチャ期間でフォトサイトに蓄積される。これにより、測定の最後に重要な信号レベルを取得できる。読み取り回路が異なるキャプチャ位相に対応する信号Ａ０〜Ａ３を読み取り、センサがそれらをアナログからデジタルに変換した後、これらは、特定のアルゴリズムを使用して、センサ、カメラ、および／または外部システムによりデジタルで活用し、特に、求められる距離（または深度）情報、および特定のビジョンアプリケーションに必要なその他の情報を抽出する。これらの態様は、よく知られており、これは、本発明の主題ではないため、これ以上説明しない。
【００１１】
ＴＩＮＴ積分期間の各キャプチャ位相は、全てのピクセルに同時に適用される。各位相の期間は同じである。これは、カメラ固有のキャリア周波数ｆｐによって定義される送信期間Ｔｐに対応する。第１のＳＴＯ位相は、同期され、パルスＳＥの放出と同相（に設定）になる。これが、方程式、式１〜式３の（画像）サンプルＡ０を提供する。第１の位相ＳＴ０に対して９０°オフセットされた第２の位相ＳＴ１（位相シフトπ／２ｒａｄ）は、サンプルＡ１を提供する。第３の位相ＳＴ２は、第１の位相ＳＴ０から１８０°オフセットされ、サンプルＡ２を提供する。第４の位相ＳＴ３は、第１の位相ＳＴ０から２７０°オフセットされ、サンプルＡ３を提供する。各サンプルの値は、信号ＳＥによって放出されたＫパルスと同期したＫ積分期間の後に、累積によって取得（読み取り）された値である。
【００１２】
再び、既知の方法で、反射光パルスの位置（位相）を検出するための様々なキャプチャ位相は、ピクセルの構造が許す場合、同時に実行できる。例えば、ピクセル構造毎に４つのフォトサイトに対して、４つのキャプチャ位相を同時に実行できる。ピクセル毎にフォトサイトが１つしかない場合、光源は、それぞれ、０°、９０°、１８０°、および２７０°の位相シフトに対応する４つのシリーズの光パルスを連続的に放出するように制御され、各シリーズは、４つのキャプチャ位相の１つに関連付けられている。各ソリューション（並列／直列）は、長所と短所（ピクセルサイズ、精度、測定時間）を有する。
【００１３】
４つの画像サンプルＡ０〜Ａ３が最終的に取得され、測定位相毎に１つあり、上記の方程式、式１、式２、式３が適用される。これらの方程式は確かに正弦波変調に対して確立されているが、値ａ、ｈ、Δφの適切な近似を提供する。次に、求められた情報Ｄ（式０）を特に抽出できる。
【００１４】
これらの測定と計算は、ピクセルが読み取られた後、センサ内でこの目的のために特別に構成されたデジタル処理回路によって、各ピクセルで実行される。エコーを効果的に検出したピクセルのマトリックス内の位置は、検出された目標の角度位置を決定する。４つの位相測定に関して今述べた全てが２または３キャプチャ位相測定にも同様に適用されることに注意されたい。
【００１５】
技術的な問題
ＴＯＦカメラ、測定原理、およびそれらの操作が行われたことに関するこれらのフォローアップは、同じタイプの複数のＴＯＦカメラが同じ空間で使用されると、各カメラがその視野内の他のカメラの存在によって潜在的に妨げられる可能性があることが理解される。光源の近接度、角度位置、出力によっては、検出された位相シフトが、これらの他のＴＯＦカメラから放射される光信号からの干渉によって汚染され、距離測定が歪む場合がある。例えば、距離は、操作対象のアレイまたはパス上の障害物の距離ではなく、別のＴＯＦカメラの距離になる。
【００１６】
これらの周波数が測定の動作距離とその精度を決定するため、カメラの振幅変調周波数を操作して干渉を制限する余地はほとんどない。そして、これは同じ（閉じた）イメージングシステムに接続されていない独立したカメラの問題を解決しない。送信位相が重複しないように、各ソースでの送信時間を確立するために、カメラの同期を考慮することができる。この場合、システム内のＴＯＦカメラは、他のものと同期するようにマスターモードで構成されている。これは、クローズドイメージングシステムにのみ適用できるという事実とは別に、このような同期を効果的に行うには、電子機器の変動（技術的分散）を修正するために各カメラを調整する手段を（工場で）提供する必要がある。問題のパルスの周波数と持続時間を考えると、これには、数ピコ秒程度の正確な同期が必要である。高価な高精度時計の使用も考えられない。したがって、そのような同期ソリューションは、非常に制限的であり、３Ｄイメージングシステムが適応するための柔軟性を提供しない。例えば、カメラをシステムに変更または追加するには、同期を確認する必要がある。国際出願第２０１７／０６１１０４号は、マルチＴＯＦカメラ環境におけるこの混乱の問題に関係しており、特に、サイクルの持続時間、特に、２つの測定の組み合わせを調整することを提案している。位相毎のパルス数をＮで除算し、いくつかの事前定義された値の中からサイクル比の値をランダムに選択することによって、例えば、疑似乱数ジェネレータ（線形フィードバックシフトレジスタ）を使用して、各パルスのカットオフ時間の持続時間を調整する。
【発明の概要】
【００１７】
本発明は、前述の欠点を有さない、おそらく同じ空間で協働する複数のＴＯＦカメラのこの問題を解決するための他の解決策を提案する。
【００１８】
本発明の背後にある考え方は、発生源が干渉するのを防ぐことではなく、それを非常に起こりにくくすることである。次に、ＴＯＦカメラの操作空間内に他のＴＯＦカメラがあるかどうかに関係なく、解決策が適用される。すなわち、提案された解決策は、もはや制限的ではない。同じ空間に他のカメラがあるかどうかを知る必要はない。
【００１９】
より具体的には、本発明は、送信クロック（カメラの光源にパルスを送る）からの同期信号に適用される追加の変調と（受信機のキャプチャ位相を制御する）キャプチャ位相クロックを使用することを提案する。この追加の変調は、パルスの持続時間や幅を変更せずに、すなわち、カメラの動作距離を変更せずに、特定のキャリア周波数で、パルス位置を変調するために使用される。その場合、サイクル比とクロック周波数は可変である。
【００２０】
飛行時間測定のために放出される一連の光パルスの持続時間に亘って、パルスの位置のこの変動性は、他のＴＯＦカメラからの他の光源による位相外乱の割合を効果的に低減し、これらの他のカメラが本発明に係るそのような変調を実施しない場合でも、これは当てはまる。すなわち、解決策は、このシステムが開いている（独立したカメラ）か閉じている（コヒーレントイメージングシステムに統合されたカメラ）かにかかわらず、他のＴＯＦカメラが動作する可能性のある空間で動作するＴＯＦカメラの距離測定の信頼性を向上させる。
【００２１】
利点として、同じ空間で動作する全てのＴＯＦカメラがそれぞれ本発明の解決策を実施している場合、各カメラは、システム内の他のカメラとともに光干渉から効果的に保護され、システム全体の信頼性が向上する。
【００２２】
したがって、本発明は、カメラハウジング内に以下の構成を有する、Ｎ個のキャプチャ位相、少なくとも２つのＮ整数を備える飛行時間測定ビジョンカメラに関する。
【００２３】
−カメラ用に定義されたキャリア周波数を有するキャリアクロック信号を受信し、前記キャリア周波数で変調クロック信号を生成するように構成された、飛行時間の測定のための電子制御回路と、
−一連の光パルスを目標シーンに向けて放出するために、前記変調クロック信号によって変調された発光源であって、１つのパルスの持続時間、および２つのパルス間の間隔は、１つのサイクル比を定義する、発光源と、
−積分期間毎にＮ個の画像キャプチャ位相を制御するように構成された画像アレイセンサであって、光源によって放出された光パルスと同期し、積分期間は、キャリアクロック期間に対応する、画像アレイセンサ。
【００２４】
本発明において、電子制御回路は、キャリア周波数よりも低いそれ自体の周波数の周期的信号によって合成された、カメラに固有のパルス位置変調機能を適用するキャリアクロック信号変調回路を備え、その結果、光源に印加され、センサのＮ個のキャプチャ位相を制御するための前記変調クロックのパルスは、キャリア周波数によって、および前記変調機能によって変調された２つの可変の連続するパルス間の時間間隔で設定される一定のパルス持続時間を有する。前記時間間隔は、可変サイクル比を定義するパルス持続時間に少なくとも等しいが、５０％以下である。
【００２５】
カメラ固有の変調関数ｆ（ｔ）は、有利には構成可能である。一実施形態では、キャリア周波数よりも低いそれ自体の周波数を有する周期的信号は、位相ロックループによって供給される正弦波信号であり、これは、有利に構成可能である。
【００２６】
理想的には、変調関数は、変調クロックサイクル比が１０％〜３０％の間で変化するようなものである。
【００２７】
好ましくは、キャリアクロック信号変調回路は、画像アレイセンサの集積回路であり、変調クロック信号は、飛行時間測定キャプチャ位相を制御するために内部で適用され、カメラの光源の変調を同期させるために外部から供給される。
【００２８】
本発明はまた、キャリアクロック周期当たりＮ個のキャプチャ位相で飛行時間測定を実行するように構成された画像アレイセンサを備え、これには、Ｎ個の画像キャプチャ位相を制御するための変調クロック信号を供給する電子制御回路と、飛行時間測定ビジョンカメラの外部光源変調同期信号が含まれる。
【００２９】
本発明の他の特徴、詳細および利点は、例として添付の図面を参照して行われ、それぞれを表す以下の説明を読むと明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】目標によって反射された光信号の位相を測定するために、Ｎ個のキャプチャ位相で飛行時間を測定するための原理の図である。
【図２】最新技術に係る４相飛行時間測定のための、ＴＯＦカメラのパルス光源から放出される一連の光パルスの放出に同期したアレイセンサの画像キャプチャ位相のタイミング図である。
【図３】本発明に係る、同期された発光信号および画像キャプチャ位相の、パルスの位置の追加の変調を示すタイミング図である。
【図４】飛行時間測定の積分期間毎に２つのキャプチャ位相を使用した飛行時間測定の場合の、最新技術および本発明に係る変調を反映する同様のタイミング図（さらに、周囲光を表すオフセット測定のための、期間外のキャプチャ位相）である。
【図５】飛行時間測定の積分期間毎に２つのキャプチャ位相を使用した飛行時間測定の場合の、最新技術および本発明に係る変調を反映する同様のタイミング図（さらに、周囲光を表すオフセット測定のための、期間外のキャプチャ位相）である。
【図６】３台のＴＯＦカメラに適用された、本発明に係る飛行時間測定のために電子変調制御回路に適用された追加の変調キャリアクロック信号、および３台のカメラの出力で得られた変調クロック信号のタイミング図である。
【図７】本発明に係る電子変調制御回路を備える、ＴＯＦカメラ用の画像センサの簡略化されたブロック図である。
【図８】本発明に係るそのような画像センサを備えるＴＯＦカメラの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１および２を参照して、１つのキャリアクロック周期に対応する積分周期毎に４つの画像位相をキャプチャし、画像のキャプチャと光パルスの放出を変調クロックによって同期して制御することにより、ＴＯＦカメラで距離測定を実行する方法を説明した。図１にグラフで表されている３つの構成ａ、ｈ、およびΔφは、方程式、式１〜式３から抽出できることが分かる。
【００３２】
放出された光信号ＳＥのパルス（したがって、反射信号ＳＲ）の持続時間とサイクル比を定義する変調クロック信号と、センサのキャプチャ位相ＳＴ０〜ＳＴ３は、周波数ｆｅで周期的な信号であり、パルスの持続時間（幅）Ｔｐが一定で、ＴＯＦカメラ（すなわち、カメラで定義またはプログラムされている）に固有のキャリア周波数ｆｐ（Ｔｐ＝１／２ｆｐ）によって設定され、飛行時間測定のためのカメラの動作距離を決定し、２つのパルス間のＴｏｆｆ間隔も一定であり、サイクル比
【００３３】
【数５】
2021517256.tif 000007
が５０％未満になるように固定されていることが分かる。
【００３４】
本発明によれば、図３に示されるように、変調クロックのパルスの位置変調である追加の変調関数が適用される。これは、変調クロック信号（したがって、同期した形でその形状を再現する信号ＳＥ、ＳＲ、およびＳＴ０〜ＳＴ３のそれぞれ）がもはや周期的ではないことを意味する。パルスの持続時間（幅）は、一定のままであり、カメラに固有のキャリア周波数ｆｐによって設定された値Ｔｐに等しい。しかしながら、２つのパルス間のＴｏｆｆ間隔は可変であり、最小値Ｔｏｆｆ０により、各パルスのサイクル比は、常に５０％以下になる。変調クロック周波数は、可変になる。
【００３５】
変調関数を、所定の最小値（期間）の乗算変調係数ｋ（ｔ）として表すと、次のように表される。
【００３６】
【数６】
2021517256.tif 000008
【００３７】
定義されたキャリア周波数で、変調関数の少なくとも２つのパラメータ、Ｔｏｆｆ０とk（t）を有する。変調係数ｋ（ｔ）は、実数の間隔にわたって定義され、正の実数値Ｍ１とＭ２の間に含まれる。Ｔｏｆｆ０とＭ１は、サイクル比率の最大値を定義し、この比率が５０％以下になるように選択される。Ｍ２＞Ｍ１の値は、最小サイクル比を設定する。この最小サイクル比は、通常１０〜２０％（制限を含む）の値を有する。Ｍ１＝１の場合、Ｔｏｆｆ０は、少なくともＴｐと等しくなければならない。
【００３８】
所定の最小値Ｔｏｆｆ０の付加的な変調係数ｖ（ｔ）は、変調関数の別の同等の表現として採用され得る。変調クロック周波数ｆｅは、次のように表される。
【００３９】
【数７】
2021517256.tif 000009
【００４０】
変調係数ｖ（ｔ）は、正の実数値Ｌ１とＬ２との間にある実際の係数の間隔に亘って同じ方法で定義される。値Ｔｏｆｆ０およびＬ１は、最大サイクル比を設定する。これは、５０％以下であり、値Ｌ２＞Ｌ１は、最小サイクル比を定義する。
【００４１】
しかしながら、値Ｔｐの１〜１００の比率で、好ましくは、１０〜１００の比率で、求められている２つのパルス間の間隔の変動性を考慮して、数ビットでデジタルエンコードする方法を知っている。以下では、乗算型変調係数ｋ（ｔ）での変調関数を参照する。
【００４２】
発明の概要で説明したように、変調クロックパルスの位置に変調を適用することにより、カメラのセンサが別のＴＯＦカメラから放出されたパルス光を統合する可能性が低くなる。言い換えると、カメラが自身の光のみを統合する確率が大幅に改善されている。
【００４３】
本発明のこの追加の変調原理は、一般に、少なくとも２のＮ整数を有するＮキャプチャ位相を有する画像アレイセンサによる飛行時間測定に適用可能である。例えば、図４および５は、光信号パルス周期ＳＥと同期した、積分周期による２つのキャプチャ位相ＳＴｘ０とＳＴｘ１（２つのキャプチャ位相は１８０°オフセットされる）を使用した飛行時間測定の場合を示している。この場合、変調クロックは、積分期間ＴＩＮＴの外側の別のキャプチャ位相ＳＴｙを制御するためにも使用され、パルス光の戻りによって乱されていない周囲光（無相関）をキャプチャして、飛行時間の測定値を計算する時にこの信号オフセットを差し引く。図３の例では、この位相ＳＴｙは、３６０°（２πｒａｄ）オフセットされている。
【００４４】
図５は、キャプチャ位相制御サイクルの２つのパルス間の間隔のベースＴｏｆｆ０値に追加された変数ｖ（ｔ）として、本発明に係る変調関数の表現に対応することに留意されたい。この値Ｔｏｆｆ０は、適用されるキャリア周波数ｆｐの関数として、センサによって制御される積分期間ＴＩＮＴ当たり２つのキャプチャ位相を使用した飛行時間測定の適切な機能、期間毎のおよび積分期間ＴＩＮＴ外のキャプチャ位相数の適切な機能のために決定され、５０％の最大サイクル比を保証する。
【００４５】
すなわち、図４のＮキャプチャ位相（この例では、位相ＳＴｘ０、ＳＴｘ１、ＳＴｙ）の基本サイクルのパターンＰ（Ｔｐ、Ｔｏｆｆ０）は、変更されておらず、本発明に係る変調の効果は、２つのパターンＰの繰り返しの間に可変期間ｖ（ｔ）の間隔を挿入する（図５）。
【００４６】
本発明に係る２つのパルス間の間隔を変調する関数（またはパルス位置を変調する関数）は、好ましくは、周期的関数であり、これは、簡単かつ容易に構成可能な実施を提供する。
【００４７】
この周期関数は、上で説明したように、周波数と振幅が所望の変調関数ｋ（ｔ）を取得するように構成された正弦波であることが望ましい（最小および最大サイクル比）。図６は、３台のＴＯＦカメラに適用されるこのような変調を示している。この例では、変調信号ｋｉ（ｔ），ｉ＝１〜３のピーク振幅は、３台のカメラ全てでほぼ同じであり、サイクル比（および周波数ｆｅ）の同じ変動間隔を定義するが、ｆｍｏｄｉ周波数が異なる。各ＴＯＦカメラについて、図６は、光源を変調し、センサのキャプチャ位相を制御するために適用される、飛行時間測定用のキャリア信号ｆｐｉ、正弦波変調信号ｋｉ（ｔ）、およびカメラの変調クロック信号ｆｅｉのグラフィック表現を示している。３台のカメラのキャプチャ期間の回復は限られていることが分かる。
【００４８】
このような周期的正弦波変調関数は、デジタルで合成し、位相ロックループＰＬＬで簡単に構成できる。特に、各ＴＯＦカメラの変調周波数は、ループの動作周波数分周器の値を設定することによって構成され、振幅は、ゲイン値を設定することによって構成される。
【００４９】
本発明に係るそのような構成可能な変調は、１台のＴＯＦカメラを別のものから区別する。
【００５０】
図４および図５を参照して上記で説明したように、上記の全てが同様に、所定の値Ｔｏｆｆ０付加的変調係数ｖ（ｔ）を有する変調関数の合成に適用される。
【００５１】
飛行時間測定のための本発明に係る変調クロック信号を提供するための電子変調制御回路は、図７および８に示されるように、ＴＯＦカメラのマトリクスセンサに直接実施することができる。すなわち、（カメラハウジング内の）カメラに統合された画像センサＣＩは、キャリア周波数、キャプチャ位相の数など、レジスタＲｅｇに実際に格納されているパラメータなどのセンサに供給されるパラメータに従って変調関数ｋ（ｔ）をデジタル合成するように構成されたＳＹＮＴ回路を含む電子変調制御回路Ｃ−ＭＯＤを備える。見てきたように、この合成回路は、位相ロックループＰＬＬであり得る。最小値Ｔｏｆｆ０は、設定として提供されるか、センサ自体（飛行時間測定の構成アルゴリズム）によって決定される。回路は、パルスの位置が関数ｋ（ｔ）によって変調される、本発明に係る変調クロック信号ｆｅを出力し、このクロック信号ｆｅは、飛行時間測定の様々なキャプチャ位相を制御するためにセンサのシーケンス回路ＳＥＱに適用される。この変調クロック信号ｆｅは、ＴＯＦカメラのＳ−ＬＥＤ光源の変調クロック信号として外部からも供給される。実際には、この電子変調回路は、飛行時間測定（Ｓ−ＴＯＦ信号）を実行する必要があるたびにカメラによってアクティブ化される。図８の例では、問題のビジョンアプリケーションに使用される様々な３Ｄイメージングデータを計算によって取得するために、様々なキャプチャ位相に対応する画像センサＣｌによってキャプチャされたサンプルがカメラのデータ処理回路μＰに供給される。電子制御回路は、カメラの制御電子機器に統合することもでき、光源と同期してセンサ内の飛行時間測定を制御するために、本発明に係る変調クロック信号ｆｅをセンサに供給するのは、これらの制御電子機器である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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