[發明專利]光學距離計算裝置和距離計算的方法

在審

• 申請號: 202011451898.6
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112946671A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: A·奧特
• 申請（專利權）人: 邁來芯科技有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/481
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 何焜;黃嵩泉

本申請公開了光學距離計算裝置和距離計算的方法。一種光學距離計算裝置(100)，包括：光源，該光源被配置為根據間接飛行時間測量技術發射光。光子混合器單元(102)，被配置為生成并存儲分別與根據該間接飛行時間測量技術所施加的多個預定相位偏移值相對應的多個電輸出信號(112)。信號處理電路(110、124)，被配置為根據該間接飛行時間測量技術處理該多個電輸出信號，以便計算測量向量和來自該測量向量的所測量的相位角。該信號處理電路(110、124)被配置為使用參考照明數據來計算相位角校正值并且施加所計算的相位角校正值，以便校正該所測量的相位角；并且該信號處理電路被配置為使用經校正的所測量的相位角來計算距離。

技術領域

本發明涉及一種光學距離計算裝置，該光學距離計算裝置例如被配置為根據間接飛行時間測量技術來發射光和處理所接收的反射光。本發明還涉及一種距離計算的方法，該方法是例如采用間接飛行時間測量技術的類型。

背景技術

在所謂的飛行時間感測系統和其他系統(例如游戲控制臺視覺系統)中，已知采用照明源來照亮在照明源的視場內的周圍環境(有時被稱為“場景”)，并且處理由該場景的特征反射的光。此類所謂的LiDAR(光檢測和測距)系統使用照明源利用光照明場景，并且使用檢測設備(例如光電二極管陣列、一些光學元件和處理單元)檢測從場景中的對象反射的光。從場景中的對象反射的光由檢測設備接收并且被轉換成電信號，然后由處理單元通過應用飛行時間(ToF)計算來處理該電信號，以便確定該對象與該檢測設備的距離。盡管已知不同種類的LiDAR系統基于不同的操作原理，但此類系統基本上是照亮場景并檢測反射光。

在這方面，所謂的“閃光LiDAR”技術是一種直接ToF測距技術，該技術采用一種光源，該光源發射隨后被場景的特征反射并且被檢測器設備檢測的光脈沖。在此類技術中，直接使用光脈沖往返于反射特征并且返回到檢測器設備的所測量的時間來計算到反射特征的距離。在時域中以非常高的采樣率對入射到檢測器設備上的光脈沖進行采樣。因此，實現此類技術的處理電路中的信號路徑需要信號的高帶寬以及大的硅“占地(real estate)”，即此類實現方式需要硅晶圓上相對大的面積，這進而限制了集成電路上可以支持的信道的數量。因此，此類閃光LiDAR傳感器可以支持的信道的實際空間數量通常低于100。為了克服該限制，實現需要移動部件的機械掃描系統。

另一種已知的LiDAR系統采用所謂的“間接飛行時間”(iToF)測距技術。iTOF系統發射連續波光信號，并且該連續波光信號的反射被檢測器設備接收和分析。獲取從場景的特征反射的光的多個樣本(例如四個樣本)，每個樣本被相位步進，例如90°。使用該照明和采樣方法，可以確定照明和反射之間的相位角，并且所確定的相位角可以用于確定到場景的反射特征的距離。

在iToF系統中，高頻信號處理(解調)發生在像素級，且因此在同一芯片上集成大量像素所需的信號帶寬后像素(post-pixel)較低。因此，與直接ToF系統相比，iToF系統可以支持更大量的信道，且因此支持更高的空間分辨率測量。然而，iToF系統具有有限的距離測量能力。在這方面，為了實現低隨機距離測量誤差，iToF系統需要高調制頻率，這進而又降低了可以明確測量的距離范圍。例如，100MHz調制頻率導致1.5m的近似明確測量范圍。此外，傳統的iToF系統容易受到由于多次反射和多個傳播路徑引起的誤差的影響。

如上文所解釋的，iToF系統關于不同的施加相位進行采樣。典型的iToF系統包括緩沖器，該緩沖器存儲由所謂的光子混合器設備生成的關于用于隨后的信號處理的m個相位的模擬信號。離散傅里葉變換單元依據信號的同相分量和正交分量來計算由緩沖器存儲的復信號的基頻。使用同相分量和正交分量的值，可以計算復信號的相位角和振幅，并且可以使用相位角信息求解到對象的距離。