[發(fā)明專利]飛行時間光傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711001462.5
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN108061603B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 奧利維爾·布爾蒂爾;王睿;楊征
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

1.一種飛行時間像素單元，其包括：

光傳感器，其用于響應于包含光子的光脈沖從光源發(fā)射至物體而感測從所述物體反射的所述光子；及

像素支持電路，其耦合至所述光傳感器且包含：

可控電流源，其經(jīng)耦合以響應于飛行時間信號而提供充電電流，其中所述飛行時間信號表示從所述光源發(fā)射的所述光脈沖中的每一者行進到所述物體并進入所述光傳感器的飛行時間；

第一電容器，其耦合至所述可控電流源且經(jīng)配置以響應于所述飛行時間信號而從所述可控電流源接收所述充電電流，其中所述第一電容器上的第一電壓表示與所述物體相距的往返行程距離；及

計數(shù)器電路，其耦合到所述光傳感器以對從所述物體反射并由所述光傳感器接收的所述光子的數(shù)量進行計數(shù)，其中所述光子的所述數(shù)量及所述第一電壓用于使用所述飛行時間計算從所述飛行時間像素單元到所述物體的距離。

2.根據(jù)權利要求1所述的飛行時間像素單元，其中包含所述光子的所述數(shù)量及所述第一電容器上的所述第一電壓的信號是由讀出電路從所述像素支持電路中讀出，且其中所述第一電容器上的所述第一電壓與所述飛行時間相關。

3.根據(jù)權利要求2所述的飛行時間像素單元，其中所述光子的所述數(shù)量用于校正由于所述光脈沖中的所述光子的僅一部分被所述光傳感器接收而引起的所述第一電壓的誤差。

4.根據(jù)權利要求2所述的飛行時間像素單元，其中所述光傳感器包含雪崩光電二極管，且其中所計數(shù)的所述光子的所述數(shù)量響應于來自所述雪崩光電二極管的輸出脈沖而增加。

5.根據(jù)權利要求4所述的飛行時間像素單元，其中所述計數(shù)器電路包含模擬計數(shù)器電路，且其中包含所述光子的所述數(shù)量的所述信號是與所述光子的所述數(shù)量成比例的第二電壓。

6.根據(jù)權利要求5所述的飛行時間像素單元，其中所述計數(shù)器電路包含單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器及第二電容器，其中響應于所述輸出脈沖，所述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器輸出邏輯高信號，所述邏輯高信號經(jīng)耦合以將所述第二電容器上的所述第二電壓增加固定量。

7.根據(jù)權利要求4所述的飛行時間像素單元，其中所述計數(shù)器電路是用于對從所述物體反射的所述光子的所述數(shù)量進行計數(shù)的數(shù)字計數(shù)器電路。

8.根據(jù)權利要求7所述的飛行時間像素單元，其中所述數(shù)字計數(shù)器電路包含：D觸發(fā)器，其具有經(jīng)耦合以接收所述輸出脈沖的輸入；及第二鎖存器，其經(jīng)耦合以從所述D觸發(fā)器接收邏輯高信號且響應于讀取信號而鎖定所述邏輯高信號。

9.根據(jù)權利要求1所述的飛行時間像素單元，其中所述光傳感器安置在第一半導體材料中，且所述像素支持電路安置在第二半導體材料中，且其中所述第一半導體材料耦合到所述第二半導體材料，且其中電互連件從所述第一半導體材料延伸到所述第二半導體材料以將所述光傳感器電耦合到所述像素支持電路。

10.根據(jù)權利要求9所述的飛行時間像素單元，其中所述第一半導體材料被晶片結合到所述第二半導體材料，且其中所述電互連件至少部分地延伸穿過所述第一半導體材料。

11.一種利用飛行時間確定與物體相距的往返行程距離的方法，所述方法包括：

將包含光子的光脈沖以第一頻率從光源發(fā)射到物體；

用光傳感器接收從所述物體反射的所述光子；

對第一電容器進行充電以在所述第一電容器上引發(fā)電荷，所述電荷與所述光子從所述光源行進到所述物體且從所述物體行進到所述光傳感器所需的時間相關；

用計數(shù)器電路對由所述光傳感器接收的所述光子的數(shù)量進行計數(shù)；

響應于以所述第一頻率從所述光源發(fā)射所述光脈沖而在對所述第一電容器進行n次充電之后測量所述第一電容器上的第一電壓；及

基于所述光子的所述數(shù)量和所述第一電容器上的所述第一電壓計算與所述物體相距的往返行程距離。