CN111837053B - 基于飞行时间的测距方法和测距*** - Google Patents

基于飞行时间的测距方法和测距*** Download PDF

Info

Publication number
CN111837053B
CN111837053B CN202080001604.1A CN202080001604A CN111837053B CN 111837053 B CN111837053 B CN 111837053B CN 202080001604 A CN202080001604 A CN 202080001604A CN 111837053 B CN111837053 B CN 111837053B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sampling
signal
time
pulse
interval
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080001604.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111837053A (zh
Inventor
杨孟达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Goodix Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Publication of CN111837053A publication Critical patent/CN111837053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111837053B publication Critical patent/CN111837053B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/26—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency-modulated or phase-modulated carrier wave, e.g. for pulse compression of received signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only
    • G01S15/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本申请公开了一种基于飞行时间的测距方法和基于飞行时间的测距***。所述测距方法包括：从发射端间歇性地发送脉冲，其中所述脉冲被目标物反射而产生反射信号；使接收端持续一预定时间根据采样时间间隔执行多次的信号采样，以产生所述反射信号的采样结果，其中所述预定时间大于或等于所述脉冲的脉冲周期的两倍；根据所述采样结果，检测所述脉冲从所述发射端到所述接收端的飞行时间；以及根据所述飞行时间测量所述目标物与参考位置之间的距离。所述测距方法可满足低耗能的需求，还能够迅速地测量目标物的距离，以及维持良好的测量质量。

Description

基于飞行时间的测距方法和测距***
技术领域
本申请涉及测距和深度传感技术，尤其涉及一种基于飞行时间的测距方法，及其相关的基于飞行时间的测距***。
背景技术
基于飞行时间(time of flight，TOF)的距离测量技术中，脉冲调制(pulsemodulation)通过光脉冲发送和接收的时间差来测量目标物的距离，具备了较简单的测量机制。脉冲调制对时间测量精度要求较高。然而，光脉冲的强度与时间的关系以及像素的光响应特性与时间的关系均是非线性的关系，从而降低了深度图像的精度。
为了提高检测精度，常见的方法是采用连续波调制，其可减少由测量器件或者环境光所引起的偏差。由于连续波调制需要连续发送正弦波以进行多次的采样和积分，这样一来不仅耗费更长的测量时间，***的功耗也会更大，难以满足终端设备对功能模块低功耗的需求。
因此，需要一种创新的飞行时间传感方案，其可在满足低耗能的需求下，精确且迅速地测量目标物的距离。
发明内容
本申请的目的之一在于公开一种在接收端持续一预定时间进行多次的信号采样，以得到单个脉冲相对应的反射信号的采样结果的基于飞行时间的测距方法，及其采用此方法的基于飞行时间的测距***，来解决现有技术中飞行时间测距***的测量误差大、深度图像精度低的技术问题。
本申请的一实施例公开了一种基于飞行时间的测距方法。所述测距方法包括以下步骤：从发射端间歇性地发送脉冲，其中所述脉冲被目标物反射而产生反射信号；使接收端持续一预定时间根据采样时间间隔执行多次的信号采样，以产生所述反射信号的采样结果，其中所述预定时间大于或等于所述脉冲的脉冲周期的两倍；根据所述采样结果，检测所述脉冲信号从所述发射端到所述接收端的飞行时间；以及根据所述飞行时间测量所述目标物与参考位置之间的距离。
本申请的另一实施例公开了一种基于飞行时间的测距***。所述测距***包括脉冲产生单元、控制电路和飞行时间传感器。所述控制电路耦接于所述脉冲产生单元，用以控制所述脉冲产生单元发送脉冲，其中所述脉冲被目标物反射而产生反射信号。所述飞行时间传感器由所述控制电路所控制，用以持续一预定时间根据采样时间间隔执行多次的信号采样，以产生所述反射信号的采样结果，其中所述预定时间大于或等于所述脉冲的脉冲周期的两倍。所述飞行时间传感器还根据所述采样结果检测所述脉冲信号从所述发射端到所述接收端的飞行时间，以及根据所述飞行时间测量所述目标物与所述测距***之间的距离。
本申请所公开的飞行时间传感方案/测距方案通过间歇性地发送单个脉冲以及至少两个脉冲周期的采样操作，而无需连续发送多个光脉冲以及进行相应的多次采样操作，即可得到相位偏移信息，从而测量目标物的距离。因此，本申请所公开的飞行时间传感方案/测距方案不仅可以满足低耗能的需求，还能够迅速地测量目标物的距离，以及维持良好的测量质量。
附图说明
图1是本申请基于飞行时间的测距***的一实施例的功能方框示意图。
图2是本申请基于飞行时间的测距方法的一实施例的流程图。
图3是图1所示的测距***的像素阵列中单个像素的电路结构的一实施例的示意图。
图4A是图3所示的像素所涉及的信号时序的一实施例的示意图。
图4B是图1所示的处理电路对不同相位延迟的脉冲光信号相应的输出图像数据执行信号采样的示意图。
图5是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。
图6是图1所示的测距***的像素阵列中单个像素的电路结构的另一实施例的示意图。
图7是图6所示的像素所涉及的信号时序的一实施例的示意图。
图8是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。
图9是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。
具体实施方式
以下提供了用于实施本申请的不同特征的多种实施方式或示例。下文将描述元件与配置的具体例子以简化本申请。当然，这些叙述仅为示例，其本意并非用于限制本申请。此外，本申请可能会在多个实施例中重复使用元件符号和/或标号。此种重复使用是出于简洁与清楚的目的，本身不代表所讨论的不同实施例和/或配置之间的关系。再者，应可理解若文中描述一元件“连接(connected to)”或“耦接(coupled to)”到另一元件，所述元件可能是直接连接或耦接到所述另一元件，或通过其它元件间接地连接或耦接到所述另一元件。
本申请所公开的飞行时间测距方案可通过从发射端间歇性地发送单个脉冲，并且在接收端持续一预定时间(例如所述单个脉冲的脉冲周期的两倍时间)执行多次的信号采样，以得到相对应的反射信号(由目标物反射所述单个脉冲而产生)的采样结果，从而实现基于脉冲调制的模拟连续波调制(continuous wave modulation)的传感机制。进一步的说明如下。
图1是本申请基于飞行时间的测距***的一实施例的功能方框示意图。测距***100可用于探测目标物102与测距***100之间的距离，需注意的是，目标物102与测距***100之间的距离应小于或等于测距***100的最大测量距离。举例来说(但本申请不限于此)，测距***100可以是三维成像***，其可采用时间飞行法来测量周遭目标物的距离，从而获得景深和三维图像信息。
值得注意的是，测距***100可实施为多种不同类型的飞行时间测距***，诸如基于飞行时间的光学测距***、基于飞行时间的声波测距***、基于飞行时间的雷达测距***，或其他类型的飞行时间测距***。为简洁起见，以下以测距***100实施为光学测距***的实施例来说明本申请的飞行时间测距方案。然而，本领域所属技术人员应可了解本申请的飞行时间测距方案可应用于任何基于飞行时间的测距***。
测距***100可包括(但不限于)一脉冲产生单元110、一控制电路120和一飞行时间传感器130。脉冲产生单元110用以间歇性地发送单个脉冲，其具有一脉冲周期(pulseperiod)T。例如，在发送出一个脉冲之后，脉冲产生单元110会停止发送脉冲一段时间，而这段时间可远大于或大于脉冲周期T。一直到下一次启动时，脉冲产生单元110可再次发送一个脉冲。
于此实施例中，测距***100可以是基于飞行时间的光学测距***，因此，脉冲产生单元110可由一光脉冲产生单元来实施，以产生一脉冲光信号EL。脉冲光信号EL可以是间歇产生的单个光脉冲。也就是说，所述光脉冲产生单元可间歇性地发送单个光脉冲，作为脉冲产生单元110间歇产生的单个脉冲。举例来说，脉冲产生单元110可包括(但不限于)一驱动电路和一发光单元(图1未示)。所述驱动电路用以驱动所述发光单元，使所述发光单元间歇性地发出单个光脉冲。所述发光单元可以是(但不限于)半导体激光器(又可称作激光二极管(laser diode，LD))、发光二极管(light emitting diode，LED)或其他可以产生光脉冲的发光单元，其半导体激光器所产生的光脉冲是相干光(coherent light)，而发光二极管所产生的光脉冲是非相干光(incoherent light)。
值得注意的是，脉冲产生单元110可产生其他类型的脉冲，诸如声波脉冲或电磁波脉冲。例如，在测距***100实施为声波测距***的实施例中，脉冲产生单元110可由一声波脉冲产生器来实施。所述声波脉冲产生器用以间歇性地发送单个声波脉冲(诸如超声波脉冲)，作为脉冲产生单元110间歇产生的单个脉冲。又例如，在测距***100实施为雷达测距***的实施例中，脉冲产生单元110可由一电磁波脉冲产生器来实施。所述电磁波脉冲产生器用以间歇性地发送单个电磁波脉冲，作为脉冲产生单元110间歇产生的单个脉冲。
控制电路120耦接于脉冲产生单元110，用以控制脉冲产生单元110产生脉冲光信号EL。例如，控制电路120可控制脉冲产生单元110间歇性地发送单个光脉冲。又例如，控制电路120可控制脉冲产生单元110所包括的驱动电路，使所述驱动电路驱动脉冲产生单元110所包括的发光单元间歇性地发送单个光脉冲。飞行时间传感器130由控制电路120所控制，用以对一反射信号RL进行采样，以检测测距***100(或飞行时间传感器130)与目标物102之间的距离，其中反射信号RL是脉冲光信号EL被目标物102反射而产生。在另外的实施例中，控制电路120可以是终端设备中的主控单元而不必包含在测距***100之中。
于此实施例中，飞行时间传感器130可持续在一预定时间TR(为方便说明，以时间长度标记为TR的波形来表示)内根据一采样时间间隔执行多次的信号采样，以产生反射信号RL的采样结果，其中反射信号RL抵达飞行时间传感器130的这段时间均可位于预定时间TR内。也就是说，飞行时间传感器130可在预定时间TR中捕获(capture)单个脉冲被目标物102反射而产生的对应于一个完整脉冲周期T的信号信息，这里脉冲周期T是指脉冲光信号EL的脉冲周期。举例来说，预定时间TR可设定为大于或等于脉冲周期T的两倍，使所述采样结果可指示出对应于脉冲产生单元110所产生的一个完整脉冲的反射信息。
在某些实施例中，控制电路120可在反射信号RL抵达飞行时间传感器130之前，控制飞行时间传感器130开始根据所述采样时间间隔(或者是根据采样频率，其为所述采样时间间隔的倒数)执行所述信号采样。例如，在反射信号RL抵达飞行时间传感器130之前，飞行时间传感器130可开始每隔所述采样时间间隔执行所述信号采样一次，直到经过预定时间TR才停止执行所述信号采样。由于预定时间TR可设定为大于或等于脉冲周期T的两倍，因此，在预定时间TR中，飞行时间传感器130可捕获单个脉冲被目标物102反射而产生的对应于一个完整脉冲周期T的信号信息。
在某些实施例中，从脉冲产生单元110发送一个脉冲开始，经过一段时间之后，控制电路120可控制飞行时间传感器130开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样，其中所述一段时间可小于或等于脉冲周期T的一半；例如脉冲周期T的四分之一，或者甚至可以是0，也就是与脉冲产生单元的脉冲发送同步进行采样。例如，从脉冲产生单元110发送所述脉冲开始，经过一段时间之后，飞行时间传感器130可开始每隔所述采样时间间隔执行所述信号采样一次，直到经过预定时间TR才停止执行所述信号采样。又例如，当脉冲产生单元110所发送的脉冲处于下降沿的同时，控制电路120可控制飞行时间传感器130开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。相似地，由于预定时间TR可设定为大于或等于脉冲周期T的两倍，因此，在预定时间TR中，飞行时间传感器130可捕获所述脉冲被目标物102反射而产生的对应于一个完整脉冲周期T的信号信息。
在某些实施例中，当脉冲产生单元110开始发送一个脉冲时，控制电路120可同时控制飞行时间传感器130开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。因此，即使目标物102与测距***100之间的距离很短，飞行时间传感器130仍可捕获所述脉冲被目标物102反射而产生的对应于一个完整脉冲周期T的信号信息。
此外，在某些实施例中，脉冲产生单元110开始发送一个脉冲的时间点与飞行时间传感器130开始执行所述信号采样的时间点两者之间的差距，可由控制电路120所控制而小于脉冲周期T。因此，在预定时间TR可设定为大于或等于脉冲周期T的两倍的情形下，飞行时间传感器130可在预定时间TR中捕获所述脉冲被目标物102反射而产生的对应于一个完整脉冲周期T的信号信息。
在执行多次的所述信号采样以产生所述采样结果之后，飞行时间传感器130可根据所述采样结果计算出反射信号RL与脉冲产生单元110所发送的脉冲光信号EL之间的相位偏移。举例来说，飞行时间传感器130可包括(但不限于)一像素阵列132和一处理电路134。像素阵列132包括多个像素(图1未示)，各像素可包括一光传感器(图1未示)以回应反射信号RL产生一光响应信号(photo response signal)。控制电路120可使各像素的光传感器选择性地将各像素相应的光响应信号输出到处理电路134。
处理电路134可根据一采样控制信号SC(其可由控制电路120所产生)，于预定时间TR中每隔所述采样时间间隔对各像素的输出(诸如各像素的光响应信号)进行一次采样，并据以产生一采样结果SR。接下来，处理电路134可对采样结果SR进行信号处理，这些信号处理可以是诸如混频处理和离散傅里叶变换，以计算各像素(接收端)所接收的反射信号RL与脉冲产生单元110(发射端)所发送的脉冲光信号EL之间的相位偏移，从而检测出脉冲光信号EL的飞行时间，以及根据飞行时间计算出各像素与目标物102之间的距离。
例如，脉冲光信号EL的单个脉冲可通过傅里叶级数展开为多个正弦波的合成，其中脉冲光信号EL的脉冲周期T的倒数作为基波频率。像素Pi与目标物102之间的距离di可表示为等式(1)：
di＝(cΔΦ)/(4πfi)； (等式(1))
其中c是光的速度，ΔΦ是反射信号RL与脉冲光信号EL之间的相位差，fi是正弦波(基波或谐波)的频率。在所述采样时间间隔设定为脉冲周期T的四分之一的实施例中，处理电路134可每隔脉冲周期T的四分之一，对像素阵列132中各像素的输出执行信号采样。因此，处理电路134可得到像素Pi涉及的反射信号RL的四个采样结果SRi1、SRi2、SRi3和SRi4。相比于脉冲光信号EL，四个采样结果SRi1、SRi2、SRi3和SRi4分别是反射信号RL的“相位延迟0度的采样结果”、“相位延迟90度的采样结果”、“相位延迟180度的采样结果”和“相位延迟270度的采样结果”。因此，反射信号RL与脉冲光信号EL之间的相位偏移ΔΦ(或称作相位差)可基于等式(2)来计算：
ΔΦ＝arctan((SRi2-SRi4)/(SRi3-SRi1))； (等式(2))
其中arctan是反正切函数。通过计算出相位偏移ΔΦ，处理电路134可得到像素Pi与目标物102之间的距离di。
基于上述方式，处理电路134可每隔脉冲周期T的四分之一对像素阵列132中各像素的输出执行信号采样，获得四个输出图像的数据，其中四个输出图像的数据分别包括各像素的“相位延迟0度的采样结果”、“相位延迟90度的采样结果”、“相位延迟180度的采样结果”和“相位延迟270度的采样结果”。利用四个输出图像的数据计算各像素与目标物102之间的距离，处理电路134可获取深度图像信息。
需注意的是，在测距***100是用来实现其他类型的飞行时间测距***的实施例中，上述光传感器可由其他类型的传感器来实施，诸如声音传感器或雷达传感器，以产生相应的响应信号。此外，于此实施例中，脉冲产生单元110与各像素之间的距离，远小于脉冲产生单元110与目标物102之间的距离以及远小于各像素与目标物102之间的距离。因此，对于一个像素来说，脉冲光信号EL从脉冲产生单元110发送至目标物102的飞行距离，可视为等同于反射信号RL从目标物102返回所述像素的飞行距离。处理电路134便可根据脉冲光信号EL的飞行时间以及传播速度，测量目标物102与所述像素之间的距离。
测距***100所采用的飞行时间测距方法可归纳于图2。图2是本申请基于飞行时间的测距方法的一实施例的流程图。图2所示的方法可应用于多种基于飞行时间的测距***或多种基于飞行时间法的***，诸如三维成像***。为了方便说明，以下搭配图1所示的测距***100来说明图2所示的检测飞行时间的方法。然而，将图2所示的测距方法应用于其他基于飞行时间法的***均是可行的。图2所示的方法可简单归纳如下。
步骤202：从发射端间歇性地发送脉冲，其中所述脉冲被目标物反射而产生反射信号。例如，控制电路120可控制脉冲产生单元110间歇性地发送一个脉冲(脉冲光信号EL)。在脉冲产生单元110发送出所述脉冲之后，控制电路120可控制脉冲产生单元110停止发送脉冲，直到下一次启动脉冲产生单元110时，才再次控制脉冲产生单元110发送下一个脉冲，其中相邻两次发送单个脉冲之间的时间间隔可大于或远大于单个脉冲的脉冲周期T。此外，脉冲光信号EL可被目标物102反射而产生反射信号RL。
步骤204：使接收端持续一预定时间根据采样时间间隔执行多次的信号采样，以产生所述反射信号的采样结果。
由于所述预定时间大于或等于所述脉冲的脉冲周期的两倍，因此，所述接收端可在所述预定时间内对所述反射信号进行多次采样，使所述采样结果可携带完整的一个脉冲被所述目标物反射而产生的信号信息。例如，在反射信号RL抵达飞行时间传感器130之前，控制电路120可控制飞行时间传感器130开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样，直到经过预定时间TR才停止执行所述信号采样。又例如，从脉冲产生单元110发送一个脉冲开始，经过一段时间之后，控制电路120可控制飞行时间传感器130开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样，直到经过预定时间TR才停止执行所述信号采样，其中所述一段时间可小于或等于脉冲周期T的一半。又例如，当脉冲产生单元110开始发送一个脉冲时，飞行时间传感器130也可开始执行所述信号采样，直到经过预定时间TR才停止执行所述信号采样。又例如，飞行时间传感器130可在脉冲产生单元110开始发送一个脉冲的时间点之前或之后的脉冲周期T内，开始执行所述信号采样，直到经过预定时间TR才停止执行所述信号采样。
步骤206：根据所述采样结果，检测所述脉冲从所述发射端到所述接收端的飞行时间。例如，在飞行时间传感器130(或处理电路134)每隔脉冲周期T的四分之一对像素阵列132中各像素的输出执行信号采样的情形下，飞行时间传感器130(或处理电路134)可得到像素阵列132的四个输出图像的数据，其包括各像素涉及的反射信号RL的“相位延迟0度的采样结果”、“相位延迟90度的采样结果”、“相位延迟180度的采样结果”和“相位延迟270度的采样结果”。接下来，处理电路134可根据这四个输出图像的数据，计算反射信号RL与脉冲光信号EL之间的相位偏移，以检测脉冲光信号EL(单个脉冲)的飞行时间。
步骤208：根据所述飞行时间测量所述目标物与参考位置之间的距离。所述参考位置可以是(但不限于)所述发射端的位置、所述接收端的位置、包括所述发射端和所述接收端的电子装置的位置，或其他可根据所述发射端、所述接收端与所述目标物之间的相对位置关系所定义的参考位置。例如，在脉冲产生单元110与像素阵列132中各像素之间的距离，远小于脉冲产生单元110与目标物102之间的距离以及远小于各像素与目标物102之间的距离的实施例中，飞行时间传感器130(或处理电路134)可根据脉冲光信号EL(单个脉冲)的飞行时间，测量目标物102与各像素之间的距离。
在某些实施例中，于步骤204中，所述预定时间可设定为所述脉冲的脉冲周期的N倍，N是大于或等于2的正整数。然而，本申请并不以此为限。例如，在某些实施例中，将所述预定时间设定为所述脉冲的脉冲周期的实数倍(诸如2.5倍)也是可行的。
此外，在某些实施例中，各像素的采样结果除了包括光传感器回应反射信号RL所产生的光响应信号以外，还可包括不是回应反射信号RL所产生的参考信号。例如，产生所述反射信号的采样结果(步骤204)可包含：在输出一像素的光响应信号的同时，输出所述像素中不是回应反射信号RL所产生的参考信号，并且将光响应信号和参考信号相减以作为所述像素的采样结果。这样，可以减少采样结果受到环境中的噪声干扰。
再者，在某些实施例中，光传感器的光响应信号可通过两个传输路径输出，其中各传输路径于导通时接收并传输所述光响应信号，以及于关闭时产生参考信号。这两个传输路径导通与关闭的时机可分别由具有不同相位的两个控制信号所控制。这样，本申请所公开的飞行时间测距方案可通过间歇式连续脉冲波调制发射光的方式，模拟连续光调制的传感机制。
为了方便说明，以下采用一种像素电路的实施方式来说明本申请所公开的飞行时间测距方案。然而，本发明并不以此为限。任何可以搭配图2所示的测距方法来检测飞行时间的像素电路结构均是可行的。图3是图1所示的像素阵列132中单个像素的电路结构的一实施例的示意图。请连同图1参阅图3。于此实施例中，像素332包括(但不限于)一光传感器PD、一第一读出电路(诸如光电读出电路)333和一第二读出电路(诸如光电读出电路)334。光传感器PD(诸如光电二极管)用以进行光传感操作。例如，光传感器PD可传感反射信号RL以对应地产生一光响应信号PR，其中光响应信号PR可通过第一读出电路333(一第一传输路径)和第二读出电路334(一第二传输路径)其中的至少一个读出电路输出。在一些实施例中，光传感器PD可将接收到的光信号转换成对应大小的光电流信号，即光响应信号PR可以是表征光信号大小的电流信号，第一读出电路333/第二读出电路334用于读出所述光电流信号。
第一读出电路333可根据一第一控制信号TX1选择性地传输光传感器PD所产生的光响应信号PR，以产生一第一像素输出PO1，其中第一控制信号TX1可由控制电路120来提供。也就是说，像素332可根据第一控制信号TX1选择性地将光响应信号PR通过所述第一传输路径传送到处理电路130，以产生第一像素输出PO1并输出至处理电路130。第二读出电路334可根据一第二控制信号TX2选择性地传输光传感器PD所产生的光响应信号PR，以产生一第二像素输出PO2，其中第二控制信号TX2可由控制电路120来提供，并具有与第一控制信号TX1不同的相位。像素332可根据第二控制信号TX2选择性地将光响应信号PR通过所述第二传输路径传送到处理电路130，以产生第二像素输出PO2并输出至处理电路130。在此实施例中，第一控制信号TX1和第二控制信号TX2可由图1所示的控制电路120来提供。
需注意的是，通过第一读出电路333和第二读出电路334，光传感器PD的光响应信号PR可持续传送到处理电路134一段时间(即预定时间TR)，使处理电路134可在这段时间内采样反射信号RL于一个完整脉冲周期T所携带的信号信息。
举例来说，预定时间TR可包括相邻的一第一采样区间和一第二采样区间。于各采样区间中，第一读出电路333可根据第一控制信号TX1选择性地传输光响应信号PR，以及第二读出电路334可根据第二控制信号TX2选择性地传输光响应信号PR，以致使至少会有第一读出电路333或第二读出电路334对光响应信号PR进行传输。因此，在所述第一采样区间和所述第二采样区间中各采样区间的时间长度等于脉冲周期T的实施例中，处理电路134持续传输光响应信号PR的一段时间(即预定时间TR)可大于或等于脉冲周期T的两倍。此外，处理电路134可于各采样区间中，根据采样控制信号SC每隔一采样时间间隔采样各像素的第一像素输出PO1和第二像素输出PO2，其中对于每个采样时间点所得到的第一像素输出PO1和第二像素输出PO2，处理电路134可对第一像素输出PO1和第二像素输出PO2进行相关的处理，诸如信号相减，以产生采样结果SR。当第一读出电路333对光响应信号PR进行传输时，第一读出电路333可采样光响应信号PR，以产生第一像素输出PO1。当第二读出电路334对光响应信号PR进行传输时，第二读出电路334可采样光响应信号PR，以产生第二像素输出PO2。由于反射信号RL抵达光传感器PD的一段时间(等于或大致等于脉冲周期T)可位于预定时间TR(大于或等于脉冲周期T的两倍)之中，因此，处理电路134可采样反射信号RL于一个完整脉冲周期T所携带的信号信息。
于此实施例中，第一读出电路333可包括(但不限于)一第一复位晶体管MR1、一第一传输晶体管MT1、一第一输出晶体管MF1和一第一读取晶体管MW1。第二读出电路334包括(但不限于)一第二复位晶体管MR2、一第二传输晶体管MT2、一第二输出晶体管MF2和一第二读取晶体管MW2。第一复位晶体管MR1和第二复位晶体管MR2均根据一复位信号RST来分别复位一第一浮动扩散节点FD1和一第二浮动扩散节点FD2，其中复位信号RST可由控制电路120来提供。第一传输晶体管MT1和第二传输晶体管MT2均耦接于光传感器PD，分别根据第一控制信号TX1和第二控制信号TX2来导通，即第一传输晶体管MT1和第二传输晶体管MT2分别受控于第一控制信号TX1和第二控制信号TX2，以实现与光传感器PD的连接与断开。此外，于预定时间TR包括的各采样区间内所执行的每次采样操作中，第一浮动扩散节点FD1与第一浮动扩散节点FD1其中至少一浮动扩散节点可连接到光传感器PD。因此，在反射信号RL抵达光传感器PD的期间，光响应信号PR至少可被传输到第一浮动扩散节点FD1与第二浮动扩散节点FD2其中至少一浮动扩散节点。
第一输出晶体管MF1和第一输出晶体管MF2分别用以放大第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2的电压信号，以分别产生一第一像素输出PO1和一第二像素输出PO2。第一读取晶体管MW1和第二读取晶体管MW2均根据一选择信号SEL，分别将第一像素输出PO1和第二像素输出PO2选择性地输出，其中选择信号SEL可由控制电路120来提供。于预定时间TR包括的各采样区间，第一读取晶体管MW1和第二读取晶体管MW2均可根据选择信号SEL来导通，以分别输出第一像素输出PO1和第二像素输出PO2。值得注意的是，由于光响应信号PR在反射信号RL抵达光传感器PD的期间内至少可被传输到第一浮动扩散节点FD1与第二浮动扩散节点FD2其中至少一浮动扩散节点，因此，处理电路134在反射信号RL抵达光传感器PD的期间内所采样的第一像素输出PO1与第二像素输出PO2其中至少一像素输出可包括来自光响应信号PR的信息。
此外，于某些实施例中，除了回应反射信号RL所产生的光响应信号PR以外，第一像素输出PO1与第二像素输出PO2两者的其中之一还可包括不是回应反射信号RL所产生的参考信号。处理电路134可将每次采样操作对应的第一像素输出PO1和第二像素输出PO2相减以产生采样结果SR，从而减少采样结果SR受到环境中的噪声干扰。例如，在反射信号RL抵达光传感器PD的期间内的某一次采样操作中，第二读出电路334对光响应信号PR进行传输(第二传输晶体管MT2导通)以传感反射信号RL，产生第二像素输出PO2，而第一读出电路333则是未对光响应信号PR进行传输(第一传输晶体管MT1断开)。由于第一读取晶体管MW1仍可根据选择信号SEL来导通，因此，在第一传输晶体管MT1断开的情形下，第一像素输出PO1即是携带了采样操作所涉及的噪声信息的一第一参考信号。处理电路134可通过将第一像素输出PO1与第二像素输出PO2相减，减少采样结果SR受到环境中的噪声干扰。
也就是说，于预定时间TR包括的各采样区间内，当第一读出电路333未对光响应信号PR进行传输时，第一读出电路333可产生所述第一参考信号，作为第一像素输出PO1(此时第二读出电路334输出的则是对光传感器PD的采样信号)。于预定时间TR包括的各采样区间内，当第二读出电路334未对光响应信号PR进行传输时，第二读出电路334可产生一第二参考信号(此时第一读出电路333输出的则是对光传感器PD的采样信号)，作为第二像素输出PO2。第一参考信号和第二参考信号都是携带了采样操作所涉及的噪声信息。图1所示的处理电路134可将每次对第一像素输出PO1和第二像素输出PO2分别采样获得的采样结果相减(从光传感器PD的采样信号中去掉了噪声信号)，以产生采样结果SR，从而减少采样结果SR受到环境中的噪声干扰。
请一并参阅图1、图3和图4A。图4A是图3所示的像素332所涉及的信号时序的一实施例的示意图。于时间点t1，脉冲产生单元110发送一脉冲PE，作为脉冲光信号EL，其中脉冲PE具有脉冲周期T。在反射信号RL抵达像素332之前(即时间点tA1之前)，控制电路120可控制处理电路134开始根据一采样时间间隔tS对像素332的输出(第一像素输出PO1和第二像素输出PO2)执行多次的信号采样，以产生反射信号RL的采样结果SR。需注意的是，虽然以下是基于单个像素的信号采样来说明，处理电路134于每个采样时间点(彼此间隔一个采样时间间隔tS)所得到的采样结果包括像素阵列132中多个像素的采样结果。也就是说，处理电路134可得到整个像素阵列132于所述采样时间点的输出图像的数据。
于此实施例中，从脉冲产生单元110发送脉冲PE开始(时间点t1)，经过一段时间tX之后(时间点t2)，像素332可开始将光传感器PD的光响应信号PR通过第一读取电路333和第二读取电路334其中至少一读取电路传输到处理电路134，其中所述段时间tX可设定为(但不限于)脉冲周期T的一半。例如，当脉冲PE处于下降沿的同时(时间点t2)，控制电路120可控制像素332开始根据采样时间间隔tS执行信号采样。此外，于时间点t2，处理电路134可开始根据采样控制信号SC，每隔采样时间间隔tS对第一像素输出PO1和第二像素输出PO2执行一次信号采样。根据采样时间间隔tS执行的所述信号采样所持续的一段时间(即预定时间TR)可设定为脉冲周期T的两倍，使反射信号RL抵达像素332的期间(即时间点tA1至时间点tB1之间，相当于一个脉冲周期T的一段时间)可位于预定时间TR内。因此，在反射信号RL抵达像素332的期间，光传感器PD的光响应信号PR可通过第一读取电路333或第二读取电路334持续地传输到处理电路134，使处理电路134可对回应光响应信号PR而产生的像素输出执行多次的信号采样，获得反射信号RL于一个完整脉冲周期T所携带的信号信息。
举例来说，采样时间间隔tS可以是脉冲周期T的四分之一。在反射信号RL抵达像素332的期间，处理电路134可对第一像素输出PO1/第二像素输出PO2进行四次的采样，这四次采样结果可反映出反射信号RL在一个脉冲周期T内四个相位(诸如0、π/2、π、3π/2)所对应的信号信息。请连同图4A参阅图4B，图4B是图1所示的处理电路134根据脉冲周期T的四分之一来执行信号采样，以得到“相位延迟0度的反射信号RL”、“相位延迟90度的反射信号RL”、“相位延迟180度的反射信号RL”和“相位延迟270度的反射信号RL”各自的采样结果的示意图。于图4B中，“RL”、“RL(90)”、“RL(180)”和“RL(270)”可分别表示“相位延迟0度”、“相位延迟90度”、“相位延迟180度”和“相位延迟270度”的反射信号波形，而“EL”、“EL(90)”、“EL(180)”和“EL(270)”可分别表示“相位延迟0度”、“相位延迟90度”、“相位延迟180度”和“相位延迟270度”的脉冲光信号波形。由图4B可知，处理电路134可在一个完整脉冲周期T内得到反射信号RL的“相位延迟0度的采样结果”、“相位延迟90度的采样结果”、“相位延迟180度的采样结果”和“相位延迟270度的采样结果”。
然而，本申请并不以此为限。采用不同的采样时间间隔也是可行的。例如，采样时间间隔tS可以是脉冲周期T的八分之一或十六分之一，相对应的采样结果可包含反射信号RL在一个脉冲周期T内八个或十六个相位所分别进行的八次或十六次的采样结果。又例如，采样时间间隔tS可以是脉冲周期T的1/M倍，M是大于1的正整数。需注意的是，采样结果所对应的相位数量越多(即M越大)，在将所得到的采样结果进行混频处理及离散傅里叶变换时，可以消除的谐波阶数越高，从而提高相位偏移信息(基频信息)的准确性。由于所得到的相位偏移信息对应于飞行时间的测量结果，因此，测量飞行时间的准确性可进一步提高。
请再次参阅图1、图3和图4A。预定时间TR可包括相邻的一第一采样区间TN1(即时间点t2至时间点t4之间的一段时间)和一第二采样区间TN2(即时间点t4至时间点t6之间的一段时间)，其中各采样区间的时间长度等于脉冲周期T。第一控制信号TX1于第一采样区间TN1与第二采样区间TN2可具有相同的波形，使第一传输晶体管MT1于时间点t2导通、于时间点t3断开、于时间点t4再次导通以及于时间点t5再次断开。第二控制信号TX2和第一控制信号TX1之间可具有180度的相位差，使第二传输晶体管MT2于时间点t3导通、于时间点t4断开、于时间点t5再次导通以及于时间点t6再次断开。因此，在时间点tA1与时间点t3之间，第一像素输出PO1对应于光传感器PD传感反射信号RL所产生的光响应信号PR，而第二像素输出PO2是相对应的参考信号。这个参考信号是指第二读出电路334在不接收光传感器PD输出的光响应信号PR的情况下由第二读取晶体管MW2输出的信号，其携带了像素332对反射信号RL进行采样时的噪声信息。在时间点t3与时间点t4之间，第二像素输出PO2对应于光传感器PD传感反射信号RL所产生的光响应信号PR，而第一像素输出PO1是相对应的参考信号。这个参考信号是指第一读出电路333在不接收光传感器PD输出的光响应信号PR的情况下由第一读取晶体管MW1输出的信号，其携带了像素332对反射信号RL进行采样时的噪声信息。相似地，在时间点t4与时间点tB1之间，第一像素输出PO1对应于光传感器PD传感反射信号RL所产生的光响应信号PR，而第二像素输出PO2是相对应的参考信号。
处理电路134可根据第一像素输出PO1和第二像素输出PO2产生反射信号RL的采样结果SR。举例来说，处理电路134可将在反射信号RL抵达像素332的期间内每次采样操作对应的第一像素输出PO1和第二像素输出PO2相减，以产生反射信号RL的采样结果SR，从而降低采样结果SR受到噪声干扰的影响。
由于像素332可在反射信号RL抵达像素332的期间内(相当于一个脉冲周期T的一段时间)传感反射信号RL以产生光传感信号PR，且处理电路134可每隔采样时间间隔tS(诸如脉冲周期的八分之一，即T/8)对各像素所产生的第一像素输出PO1/第二像素输出PO2执行一次的信号采样，因此，飞行传感器130可通过持续预定时间TR对像素332的输出执行多次的信号采样，获得反射信号RL于一个完整脉冲周期T所对应的信号信息。
值得注意的是，通过对在反射信号RL抵达像素332的期间内相应的采样结果SR进行相关的信号处理操作(例如，包含混频和离散傅里叶变换的信号处理)，处理电路134可获得脉冲光信号EL与反射信号RL之间的相位偏移信息，其与采用连续波调制所获得的相位偏移信息相同/相似。例如，处理电路134可分别对每一次信号采样所对应的脉冲光信号EL和采样结果SR(诸如第一像素输出PO1和第二像素输出PO2的相减结果)进行混频处理以产生混频结果，对混频结果进行离散傅里叶变换，以及根据所获得的变换结果产生相位偏移信息(诸如变换结果所包括的基频信息)。这样，本申请所公开的飞行时间测距方案可通过间歇地发送单个脉冲，并且在接收端持续一预定时间(例如所述单个脉冲的脉冲周期的两倍时间)执行多次的信号采样，以获得反射信号于一个完整脉冲周期所对应的信号信息，达到连续波调制的测量方式相似的效果，并具有良好的测量质量。
需注意的是，现有的连续波调制的测量方式需连续发送多个光信号，并且需要在连续多个信号周期对反射信号进行采样，才能获得相位偏移信息。相比之下，本申请所公开的飞行时间测距方案无需连续发送多个光信号，也无需连续多个信号周期的采样操作，而是通过间歇性地发送单个光脉冲以及至少两个脉冲周期的采样操作，即可得到相位偏移信息。此外，由于光脉冲的瞬间能量远高于背景光的能量，因此，本申请所公开的飞行时间测距方案可大幅减少采样结果受到背景光的影响。再者，由于发射端是间歇性地发送单个光脉冲，因此，相比于相邻两次发送单个光脉冲的时间间隔，发送单个光脉冲所占用的时间是相当小的，这意味着本申请所公开的飞行时间测距方案的平均功率是很小的。也就是说，本申请所公开的飞行时间测距方案不仅可以满足低耗能的需求，还能够迅速地测量目标物的距离，以及维持良好的测量质量。
以上所述仅供说明的目的，并非用来限制本申请。在某些实施例中，飞行传感器130开始执行所述信号采样的时间点，可以与脉冲产生单元110开始发送脉冲PE的时间点相同(或大致相同)。请一并参阅图1、图3和图5。图5是图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。于此实施例中，由于目标物102与像素332之间的距离较短，发送脉冲光信号EL与收到反射信号RL的时间差(即延迟时间tD)也会比较短(诸如脉冲周期T的四分之一)。当脉冲产生单元110开始发送脉冲PE的同时(时间点tA0)，控制电路120可控制像素332开始执行信号采样。因此，反射信号RL抵达像素332的期间(即时间点tA2至时间点tB2之间，相当于一个脉冲周期T的一段时间)仍可位于预定时间TR内，使处理电路134可对回应光响应信号PR而产生的像素输出执行多次的信号采样，获得反射信号RL于一个完整脉冲周期T所携带的信号信息。在某些实施例中，预定时间TR可设定为大于脉冲周期T的两倍，例如，设定为等于脉冲周期T的三倍。因此，即使目标物102与像素332之间的距离增加为测距***100的最大测量距离，处理电路134仍可获得反射信号RL于一个完整脉冲周期T所携带的信号信息。
此外，在某些实施例中，图1所示的像素阵列132可以采用共享像素结构以节省电路面积。在某些实施例中，图3所示的读出电路可由其他电路结构来实施。在某些实施例中，图3所示的像素332可省略第一读出电路333/第二读出电路334。例如，像素332和相邻的另一像素可分别具有单一读出电路，而各自的读出电路的导通与关断的时间可分别由具有不同相位的两个控制信号所控制。图1所示的处理电路134可通过对两个相邻的像素进行信号处理，模拟连续光调制的传感机制。只要是通过间歇性地发送单个脉冲，并且在包括反射信号抵达接收端的期间的一预定时间(例如相当于两个脉冲周期以上的时间)持续执行信号采样以产生相位偏移信息，设计上相关的变化均遵循本申请的精神而落入本申请的范畴。
图6是图1所示的像素阵列132中单个像素的电路结构的另一实施例的示意图。图6所示的像素632和图3所示的像素332之间的差别在于像素632还包括一第三读出电路635，以进一步减少背景信息/噪声对测量质量的影响。于此实施例中，第三读出电路635包括(但不限于)一第三传输晶体管MT3、一第三复位晶体管MR3、一第三输出晶体管MF3和一第三读取晶体管MW3。第三传输晶体管MT3耦接于光传感器PD，用以根据一第三控制信号TX3来导通，其中第三控制信号TX3可由图1所示的控制电路120来提供。第三复位晶体管MR3根据复位信号RST来复位第三浮动扩散节点FD3。第三输出晶体管MF3用以放大第三浮动扩散节点FD3的电压信号，以产生一第三像素输出PO3。第三读取晶体管MW3根据选择信号SEL将第三像素输出PO3选择性地输出。
此外，像素632还可包括一抗晕晶体管(Anti-blooming transistor)MB，用以将光传感器PD因为接收背景光而产生的光电子汲取出来(例如，传导到电源电压)，以免影响电路的正常运作。抗晕晶体管MB可根据一第四控制信号TX4来导通，其中第四控制信号TX4可由图1所示的控制电路120来提供。
请一并参阅图6和图7。图7是图6所示的像素632所涉及的信号时序的一实施例的示意图。图7所示的信号时序图与图4A所示的信号时序图大致相似，而主要的差别在于在图1所示的脉冲产生单元110发送脉冲PE之前，第三传输晶体管MT3可根据第三控制信号TX3导通(时间点t0)，以输出光传感器PD因为接收背景光而产生的第三像素输出PO3。第三像素输出PO3可提供给图1所示的处理电路134。因此，在对像素632的采样结果(诸如第一像素输出PO1和第二像素输出PO2的相减结果)进行处理时，图1所示的处理电路134可以根据第三像素输出PO3来扣除采样结果包括的背景噪声成分。此外，在此实施例中，在第一传输晶体管MT1、第二传输晶体管MT2和第三传输晶体管MT3关闭的期间，抗晕晶体管MB可根据第四控制信号TX4导通，以将光传感器PD因为接收背景光而产生的光电子汲取出来，提升像素632抵抗背景光的能力。
请注意，图6所示的电路结构并非用来限制本申请。于某些实施例中，也可以只采用第三读出电路635与抗晕晶体管MB其中的一个来减少背景信息/噪声对于测量质量的影响。
于某些实施例中，本申请所公开的飞行时间测距方案所采用的控制信号(如图3所示的第一控制信号TX1和第二控制信号TX2)的相位不限于相差180度。请连同图3参阅图8。图8是图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。图8所示的实施例和图4A所示的实施例之间的差别在于第二控制信号TX2于第一采样区间TN1和第二采样区间TN2均处于高信号电平，使图3所示的第二传输晶体管MT2于第一采样区间TN1和第二采样区间TN2均处于导通状态。于此实施例中，将时间点tP1至时间点tQ1之间(或时间点tQ1至时间点tR1之间)得到的第二读出电路334所输出的第二像素输出PO2，扣除第一读出电路333所输出的第一像素输出PO1的结果，与图4A所示的实施例中第二读出电路334于第一采样区间TN1(或第二采样区间TN2)所输出的第二像素输出PO2实质上是相同/相似的，因此，图8所示的实施例也可以检测出飞行时间。
请连同图3来参阅图9。图9是图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。相比于图4A所示的第一控制信号TX1，图9所示的第一控制信号TX1延迟了90度。此外，于各采样区间中，图9所示的第二控制信号TX2与第一控制信号TX1之间的相位差为180度。值得注意的是，在反射信号RL抵达像素332的期间，像素332可根据图9所示的第一控制信号TX1和第二控制信号TX2接收反射信号RL于一个完整脉冲周期的信号信息。因此，图1所示的处理电路134仍可获得反射信号RL于一个完整脉冲周期所对应的采样结果。
由于本领域的技术人员通过阅读图1至图9的相关段落说明，应可了解只要可以采样反射信号RL于一个完整脉冲周期所对应的信号信息，所采用的控制信号之间的相位关系可以有多种实施方式。因此，相关的设计变化例在此便不再赘述。
上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例的特征，使本领域的技术人员可更全面地理解本申请的多个层面。本领域的技术人员应可了解，其可轻易地利用本申请作为基础，来设计或更动其他流程与结构，以实现与上文所述的实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本领域的技术人员应当明白，这些等效的实施方式仍属于本申请的精神与范围，且其可进行各种改变、替代与更改，而不会悖离本申请的精神与范围。

Claims (24)

1.一种基于飞行时间的测距方法，其特征在于，包括：
从发射端间歇性地发送单个脉冲，其中所发送的所述单个脉冲被目标物反射而产生反射信号；
使接收端持续一预定时间根据采样时间间隔执行多次的信号采样，以产生所述反射信号的多个采样结果，其中所述预定时间大于或等于所发送的所述单个脉冲的脉冲周期的两倍；所述预定时间包括相邻的第一采样区间和第二采样区间，所述第一采样区间的时间长度和所述第二采样区间的时间长度均等于所述脉冲周期；所述多个采样结果包括在所述第一采样区间内所述反射信号的不同相位延迟角度各自对应的采样结果，以及包括在所述第二采样区间内所述反射信号的不同相位延迟角度各自对应的采样结果；所述第一采样区间内的每一采样结果对应的所述反射信号的相位延迟角度，均不同于所述第二采样区间内的每一采样结果对应的所述反射信号的相位延迟角度；
根据所述多个采样结果，检测所述脉冲从所述发射端到所述接收端的飞行时间；以及
根据所述飞行时间测量所述目标物与参考位置之间的距离。
2.如权利要求1所述的测距方法，其中使所述接收端持续所述预定时间根据所述采样时间间隔执行多次的所述信号采样的步骤包括：
在所述反射信号抵达所述接收端之前，开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。
3.如权利要求1所述的测距方法，其中使所述接收端持续所述预定时间根据所述采样时间间隔执行多次的所述信号采样的步骤包括：
从所述发射端发送所述脉冲开始，经过一段时间之后，开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样，其中所述段时间小于或等于所述脉冲周期的一半。
4.如权利要求1所述的测距方法，其中所述发射端开始发送所述脉冲的时间点与所述接收端开始执行所述信号采样的时间点两者之间的差距小于所述脉冲周期。
5.如权利要求1所述的测距方法，其中使所述接收端持续所述预定时间根据所述采样时间间隔执行多次的所述信号采样的步骤包括：
当所述发射端开始发送所述脉冲的同时，使所述接收端开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。
6.如权利要求1所述的测距方法，其中使所述接收端持续所述预定时间根据所述采样时间间隔执行多次的所述信号采样的步骤包括：
当所述发射端发送的所述脉冲处于下降沿的同时，使所述接收端开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。
7.如权利要求1至6中任一项所述的测距方法，其中使所述接收端持续所述预定时间根据所述采样时间间隔执行多次的所述信号采样以产生所述反射信号的所述多个采样结果的步骤包括：
传感所述反射信号以产生响应信号；
于所述第一采样区间和所述第二采样区间中的各采样区间中，根据第一控制信号选择性地通过第一传输路径接收所述响应信号以产生第一像素输出，以及根据第二控制信号选择性地通过第二传输路径接收所述响应信号以产生第二像素输出，其中所述第二控制信号和所述第一控制信号具有不同的相位，以及至少会有所述第一传输路径或所述第二传输路径接收所述响应信号；以及
每隔所述采样时间间隔采样所述第一像素输出和所述第二像素输出，以根据所述第一像素输出和所述第二像素输出产生所述多个采样结果。
8.如权利要求7所述的测距方法，其中产生所述第一像素输出的步骤包括：
当通过所述第一传输路径接收所述响应信号时，采样所述响应信号，以产生所述第一像素输出；以及
产生所述第二像素输出的步骤包括：
当通过所述第二传输路径接收所述响应信号时，采样所述响应信号，以产生所述第二像素输出。
9.如权利要求8所述的测距方法，其中产生所述第一像素输出的步骤还包括：
当未通过所述第一传输路径接收所述响应信号时，产生第一参考信号，作为所述第一像素输出；
产生所述第二像素输出的步骤还包括：
当未通过所述第二传输路径接收所述响应信号时，产生第二参考信号，作为所述第二像素输出；以及
根据所述第一像素输出和所述第二像素输出产生所述多个采样结果的步骤包括：
将每次信号采样对应的所述第一像素输出和所述第二像素输出相减，以产生所述多个采样结果。
10.如权利要求7所述的测距方法，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位差是180度。
11.如权利要求7所述的测距方法，其中所述第一控制信号于所述第一采样区间和所述第二采样区间具有相同的波形，以及所述第二控制信号于所述第一采样区间和所述第二采样区间具有相同的波形。
12.如权利要求1至6中任一项所述的测距方法，其中所述采样时间间隔是所述脉冲周期的1/4倍。
13.一种基于飞行时间的测距***，其特征在于，包括：
脉冲产生单元；
控制电路，耦接于所述脉冲产生单元，用以控制所述脉冲产生单元间歇性地发送单个脉冲，其中所发送的所述单个脉冲被目标物反射而产生反射信号；以及
飞行时间传感器，由所述控制电路所控制，用以持续一预定时间根据采样时间间隔执行多次的信号采样，以产生所述反射信号的多个采样结果，其中所述预定时间大于或等于所发送的所述单个脉冲的脉冲周期的两倍；所述预定时间包括相邻的第一采样区间和第二采样区间，所述第一采样区间的时间长度和所述第二采样区间的时间长度均等于所述脉冲周期；所述多个采样结果包括在所述第一采样区间内所述反射信号的不同相位延迟角度各自对应的采样结果，以及包括在所述第二采样区间内所述反射信号的不同相位延迟角度各自对应的采样结果；所述第一采样区间内的每一采样结果对应的所述反射信号的相位延迟角度，均不同于所述第二采样区间内的每一采样结果对应的所述反射信号的相位延迟角度；其中所述飞行时间传感器还根据所述多个采样结果检测所述脉冲从所述脉冲产生单元到所述飞行时间传感器的飞行时间，以及根据所述飞行时间测量所述目标物与所述测距***之间的距离。
14.如权利要求13所述的测距***，其中在所述反射信号抵达所述飞行时间传感器之前，所述控制电路控制所述飞行时间传感器开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。
15.如权利要求13所述的测距***，其中从所述脉冲产生单元发送所述脉冲开始，经过一段时间之后，所述控制电路控制所述飞行时间传感器开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样；
所述段时间小于或等于所述脉冲周期的一半。
16.如权利要求13所述的测距***，其中所述脉冲产生单元开始发送所述脉冲的时间点与所述飞行时间传感器开始执行所述信号采样的时间点两者之间的差距小于所述脉冲周期。
17.如权利要求13所述的测距***，其中当所述脉冲产生单元开始发送所述脉冲的同时，所述控制电路控制所述飞行时间传感器开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。
18.如权利要求13所述的测距***，其中当所述脉冲处于下降沿的同时，所述控制电路控制所述飞行时间传感器开始根据所述采样时间间隔执行所述信号采样。
19.如权利要求13至18中任一项所述的测距***，其中所述飞行时间传感器包括：
像素阵列，包括多个像素，其中各像素包括：
传感器，用以传感所述反射信号以产生响应信号；
第一读出电路，用以于所述第一采样区间和所述第二采样区间中的各采样区间中，根据所述控制电路所产生的第一控制信号选择性地传输所述响应信号以产生第一像素输出，其中所述采样区间的时间长度等于所述脉冲周期；以及
第二读出电路，用以于所述采样区间中，根据所述控制电路所产生的第二控制信号选择性地传输所述响应信号以产生第二像素输出，其中所述第二控制信号和所述第一控制信号具有不同的相位，以及于所述采样区间中，至少会有所述第一读出电路或所述第二读出电路对所述响应信号进行传输；以及
处理电路，耦接于所述像素阵列和所述控制电路，用以根据所述控制电路所产生的采样控制信号，每隔所述采样时间间隔采样所述第一像素输出和所述第二像素输出，以及根据所述第一像素输出和所述第二像素输出产生所述多个采样结果。
20.如权利要求19所述的测距***，其中当所述第一读出电路于所述采样区间中对所述响应信号进行传输时，所述第一读出电路用以采样所述响应信号以产生所述第一像素输出；当所述第二读出电路于所述采样区间中对所述响应信号进行传输时，所述第二读出电路用以采样所述响应信号以产生所述第二像素输出。
21.如权利要求20所述的测距***，其中当所述第一读出电路于所述采样区间中未对所述响应信号进行传输时，所述第一读出电路用以产生第一参考信号，作为所述第一像素输出；当所述第二读出电路于所述采样区间中未对所述响应信号进行传输时，所述第二读出电路用以产生第二参考信号，作为所述第二像素输出；以及所述处理电路将每次信号采样对应的所述第一像素输出和所述第二像素输出相减，以产生所述多个采样结果。
22.如权利要求19所述的测距***，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位差是180度。
23.如权利要求19所述的测距***，其中所述第一控制信号于所述第一采样区间和所述第二采样区间具有相同的波形，以及所述第二控制信号于所述第一采样区间和所述第二采样区间具有相同的波形。
24.如权利要求13至18中任一项所述的测距***，其中所述采样时间间隔是所述脉冲周期的1/4倍。
CN202080001604.1A 2020-03-25 2020-03-25 基于飞行时间的测距方法和测距*** Active CN111837053B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2020/081061 WO2021189287A1 (zh) 2020-03-25 2020-03-25 基于飞行时间的测距方法和测距***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111837053A CN111837053A (zh) 2020-10-27
CN111837053B true CN111837053B (zh) 2024-04-26

Family

ID=72918761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080001604.1A Active CN111837053B (zh) 2020-03-25 2020-03-25 基于飞行时间的测距方法和测距***

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20210405193A1 (zh)
EP (2) EP3923028A4 (zh)
CN (1) CN111837053B (zh)
WO (2) WO2021189287A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201845060U (zh) * 2009-12-23 2011-05-25 北京海博智恒电气防火科技有限公司 低压配电线路漏电位置侦测器
EP3232224A1 (de) * 2016-04-12 2017-10-18 Sick Ag Entfernungsmessender optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung und abstandsbestimmung von objekten
CN109313264A (zh) * 2018-08-31 2019-02-05 深圳市汇顶科技股份有限公司 基于飞行时间的测距方法和测距***
WO2019078366A1 (ja) * 2017-10-20 2019-04-25 国立大学法人静岡大学 距離画像測定装置及び距離画像測定方法
CN110221272A (zh) * 2019-05-09 2019-09-10 深圳奥比中光科技有限公司 时间飞行深度相机及抗干扰的距离测量方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014097539A1 (ja) * 2012-12-20 2014-06-26 パナソニック株式会社 ３次元測定装置および３次元測定方法
CN103926590B (zh) * 2014-04-01 2016-03-30 中国科学院合肥物质科学研究院 一种不等间距的激光多脉冲测距方法及其测距装置
US10036801B2 (en) * 2015-03-05 2018-07-31 Big Sky Financial Corporation Methods and apparatus for increased precision and improved range in a multiple detector LiDAR array
US9945936B2 (en) * 2015-05-27 2018-04-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Reduction in camera to camera interference in depth measurements using spread spectrum
US10021284B2 (en) * 2015-08-27 2018-07-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Epipolar plane single-pulse indirect TOF imaging for automotives
EP3350616B1 (de) * 2015-09-16 2021-11-03 Ibeo Automotive Systems GmbH Verfahren und vorrichtung zur optischen distanzmessung
US10598787B2 (en) * 2016-11-04 2020-03-24 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Method and apparatus for measuring time of flight
CN106908771B (zh) * 2017-02-15 2019-10-11 中国人民解放军国防科学技术大学 微波暗室中脉冲体制雷达目标探测模拟方法
CN109870704A (zh) * 2019-01-23 2019-06-11 深圳奥比中光科技有限公司 Tof相机及其测量方法
CN109696690B (zh) * 2019-01-25 2021-06-04 上海炬佑智能科技有限公司 飞行时间传感器及其发光检测方法
CN110208814B (zh) * 2019-05-17 2022-07-08 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及其抗干扰方法
CN110632578B (zh) * 2019-08-30 2022-12-09 深圳奥锐达科技有限公司 用于时间编码时间飞行距离测量的***及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201845060U (zh) * 2009-12-23 2011-05-25 北京海博智恒电气防火科技有限公司 低压配电线路漏电位置侦测器
EP3232224A1 (de) * 2016-04-12 2017-10-18 Sick Ag Entfernungsmessender optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung und abstandsbestimmung von objekten
WO2019078366A1 (ja) * 2017-10-20 2019-04-25 国立大学法人静岡大学 距離画像測定装置及び距離画像測定方法
CN109313264A (zh) * 2018-08-31 2019-02-05 深圳市汇顶科技股份有限公司 基于飞行时间的测距方法和测距***
CN110221272A (zh) * 2019-05-09 2019-09-10 深圳奥比中光科技有限公司 时间飞行深度相机及抗干扰的距离测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021189287A1 (zh) 2021-09-30
US20210405193A1 (en) 2021-12-30
EP3923028A1 (en) 2021-12-15
CN111837053A (zh) 2020-10-27
EP3923028A4 (en) 2022-04-13
EP3926366A4 (en) 2022-06-29
US20210405192A1 (en) 2021-12-30
EP3926366A1 (en) 2021-12-22
WO2021189633A1 (zh) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109313264B (zh) 基于飞行时间的测距方法和测距***
WO2019200833A1 (zh) 一种测距方法、装置、测距传感器以及传感阵列
US11092674B2 (en) Transmit signal design for an optical distance measurement system
JP2010504509A (ja) シーン（情景）の３ｄ画像を捕捉する方法及びシステム
CN111427052B (zh) 基于飞行时间的测距方法和相关测距***
JP2018059826A (ja) 測距装置、車両及び測距方法
US9031811B2 (en) System and method for pulse-echo ranging
CN111398979B (zh) 基于飞行时间的测距方法和相关测距***
KR20210031710A (ko) 전자 디바이스 및 방법
CN110646779A (zh) 相位编码不饱和调制方法、装置、激光雷达测距测速方法及激光雷达***
JP2018059827A (ja) 測距装置、測距方法及び車両
CN109633672B (zh) 脉冲式激光测距***及其测距方法
CN111837053B (zh) 基于飞行时间的测距方法和测距***
CN111366945B (zh) 基于飞行时间的测距方法和相关测距***
CN211577419U (zh) 相位编码不饱和调制装置和激光雷达***
JP2018059828A (ja) 測距装置、車両、測距方法、及び測距システム
WO2021184866A1 (zh) 一种飞行时间距离测量装置及飞行时间距离测量方法
WO2021227203A1 (zh) 探测单元、探测装置及方法
US20230204735A1 (en) Detection apparatus and method
KR101654665B1 (ko) 서로 다른 파장의 광신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치
CN209590275U (zh) 脉冲式激光测距***
JP2018059831A (ja) 測距装置、車両、及び測距方法
WO2021248292A1 (zh) 基于飞行时间的测距方法和相关测距***
KR101254437B1 (ko) 레이저 거리 측정시스템
CN110187351B (zh) 一种利用高频脉幅调制波的数字激光测距方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant