[發(fā)明專利]飛行時(shí)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(shè)計(jì)）人: 奧利維爾·布爾蒂爾;王睿;楊征
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本申請案涉及一種飛行時(shí)間光傳感器。飛行時(shí)間像素單元包含：光傳感器，其用于感測從物體反射的光子；及像素支持電路。所述像素支持電路包含充電控制邏輯，其耦合到所述光傳感器以檢測所述光傳感器何時(shí)感測到從所述物體反射的所述光子。所述像素支持電路還包含可控電流源，其經(jīng)耦合以響應(yīng)于經(jīng)耦合以從所述充電控制邏輯接收的飛行時(shí)間信號而提供充電電流。電容器經(jīng)耦合以響應(yīng)于所述飛行時(shí)間信號而從所述可控電流源接收所述充電電流，且所述電容器上的電壓表示與所述物體相距的往返行程距離。計(jì)數(shù)器電路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(jìn)行計(jì)數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及光傳感器，且更具體地說，涉及減小飛行時(shí)間測量的誤差。

背景技術(shù)

對三維(3D)相機(jī)的興趣正隨著例如成像、電影、游戲、計(jì)算機(jī)、用戶界面等等的3D應(yīng)用的流行度的不斷增長而日益增加。用于創(chuàng)建3D圖像的典型的被動(dòng)方式是使用多個(gè)相機(jī)來捕獲立體或多重圖像。在使用立體圖像的情況下，可對圖像中的物體進(jìn)行三角測量以創(chuàng)建3D圖像。此三角測量技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是，難以使用小型裝置創(chuàng)建3D圖像，這是因?yàn)槊恳幌鄼C(jī)之間必須存在最小間隔距離以便創(chuàng)建三維圖像。此外，此技術(shù)是復(fù)雜的，且因此需要大量的計(jì)算機(jī)處理能力以便實(shí)時(shí)創(chuàng)建3D圖像。

對于需要實(shí)時(shí)采集3D圖像的應(yīng)用，有時(shí)利用基于光學(xué)飛行時(shí)間測量的主動(dòng)深度成像系統(tǒng)。飛行時(shí)間系統(tǒng)通常采用將光引導(dǎo)在物體處的光源、檢測從物體反射的光的傳感器，及基于光行進(jìn)到物體及從物體行進(jìn)所需的往返行程時(shí)間來計(jì)算與物體相距的距離的處理單元。在典型的飛行時(shí)間傳感器中，由于從光檢測區(qū)域到感測節(jié)點(diǎn)的傳送效率高，故常常使用光電二極管。

3D圖像采集所面臨的持續(xù)挑戰(zhàn)是，所需處理必須非常快速地進(jìn)行，以便使3D圖像采集系統(tǒng)分辨實(shí)時(shí)應(yīng)用的大約例如0.1ns的時(shí)間差。隨著實(shí)時(shí)應(yīng)用所需的此類響應(yīng)時(shí)間變短，在采集3D圖像的系統(tǒng)中對噪聲、抖動(dòng)、時(shí)鐘信號、熱等等的敏感度面臨越來越大的挑戰(zhàn)，這是因?yàn)樗桧憫?yīng)時(shí)間減小。當(dāng)3D圖像采集系統(tǒng)的傳感器檢測不到從物體反射回來的光時(shí)，也會面臨另外的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

一方面，本發(fā)明提供了一種飛行時(shí)間像素單元，其包括：光傳感器，其用于感測從物體反射的光子；及像素支持電路，其包含：充電控制邏輯，其耦合到所述光傳感器以檢測所述光傳感器何時(shí)感測到從所述物體反射的所述光子，其中所述充電控制邏輯進(jìn)一步經(jīng)耦合以接收表示光脈沖何時(shí)從光源發(fā)射到所述物體的時(shí)序信號，且其中所述光脈沖包含所述光子；可控電流源，其經(jīng)耦合以響應(yīng)于經(jīng)耦合以從所述充電控制邏輯接收的飛行時(shí)間信號而提供充電電流，其中所述飛行時(shí)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(jìn)到所述物體并進(jìn)入所述光傳感器的飛行時(shí)間；電容器，其經(jīng)耦合以響應(yīng)于所述飛行時(shí)間信號而從所述可控電流源接收所述充電電流，其中所述電容器上的電壓表示與所述物體相距的往返行程距離；及計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)。

另一方面，本發(fā)明提供了一種利用飛行時(shí)間確定與物體相距的往返行程距離的方法，所述方法包括：以第一頻率將包含光子的光脈沖從光源發(fā)射到物體；用光傳感器接收從所述物體反射的所述光子；對電容器進(jìn)行充電以在所述電容器上引發(fā)電荷，所述電荷與所述光子從所述光源行進(jìn)到所述物體且從所述物體行進(jìn)到所述光傳感器所需的時(shí)間相關(guān)；用計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)；響應(yīng)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電容器進(jìn)行n次充電之后測量所述電容器上的電壓；及響應(yīng)于所述電容器上的所述電壓及由所述光傳感器接收的所述光子的所述數(shù)量而確定與所述物體相距的往返行程距離。

附圖說明

參考以下圖式描述本發(fā)明的非限制性及非詳盡性實(shí)例，其中除非另有指定，否則相同元件符號是指各個(gè)視圖中的相同部分。

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的教示的展示飛行時(shí)間感測系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的框圖。