CN107820572A - 飞行时间（tof）系统校准 - Google Patents

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Abstract

根据本技术的某些实施例，光源驱动器所产生的并且被用于驱动光源的光驱动脉冲的边沿被与具有相对于光定时脉冲的预确定的固定延迟的光参考脉冲的边沿对准。以此方式，光脉冲被光源在精确知晓的时间发射，使得可进行准确的飞行时间(TOF)测量。另外，快门驱动器所产生的并且被用于驱动选通光检测器的快门驱动脉冲的边沿被与具有相对于快门定时脉冲的预确定的固定延迟的快门参考脉冲的边沿对准。以此方式，选通光检测器在精确知晓的时间被快门切换打开，使得可进行准确的TOF测量。

Description

飞行时间（TOF）系统校准
背景
许多系统基于光学飞行时间(TOF)测量来确定到物体的距离。更具体地，在这类系统中(可称为基于TOF的距离测量系统)，光脉冲由光源发射出、经远处的物体反射、并由光检测器接收。与光源和光检测器相关联的电子器件测量从脉冲被发射的时间到反射的脉冲(或其一部分)被接收的时间之间逝去的时间，而该逝去的时间被用来计算物体所处于的距离。在这类系统中，所测得的光脉冲以大约6.6纳秒/米的速度来回往返所耗费的时间长度(即时间延迟) 对应于到该物体的距离。更具体地，由于光以约3.3纳秒每米速度行进(即，光的速度为约3.3纳秒每米)，因此到物体的距离可使用等式d＝(c*t)/2来确定，其中c是光的速度，而t是时间延迟。
如果目的是为了测量这一相对于1厘米或更短的准确性的几纳秒的时间延迟，则将要求约66皮秒的精度。然而，出于各种原因，这一精度难以实现。例如，在电脉冲抵达光源(典型的是激光器)并且导致光源发射对应的光脉冲之前其行进的信号路径中存在延迟。类似的，从光检测器到确定TOF测量的电子器件的信号路径中存在延迟。这些增加的延迟通常是几个纳秒的数量级，这与被测量的延迟相仿。使这一精度变得甚至更具挑战性的是这一事实：信号路径中的这些延迟可能在时间上随温度的改变而显著地变化，例如达到几个纳秒，这显著地降低了测量的精度。
用于补偿信号路径中的变化的延迟的传统方法包括通过将参考目标定位在精确知晓的距离处、确定特定时间的偏差、并且基于这一确定的偏差来纠正 TOF读数来周期性地重新校准基于TOF的距离测量系统。这样的方法是合理的，但是具有若干问题。首先，参考目标需要被构建在系统中，这通常需要额外的硬件资源、复杂性以及成本。此外，需要周期性地执行与参考目标相关联的测量，并且可能成为每一次TOF读取的一部分。这将减慢系统达动态重新校准所需的额外读取的量。另外，需要使用参考校准测量来纠正每一次执行的TOF测量，这将耗费额外的时间以及可能的额外的硬件来执行这一动态校准。
概述
根据本技术的某些实施例，光源驱动器所生成的并且被用于驱动光源的光驱动脉冲的边沿被与具有相对于光定时脉冲的预确定的固定延迟(例如，10ns) 的光参考脉冲的边沿对准。以此方式，光脉冲被光源在精确知晓的时间发射，使得可进行准确的TOF测量。另外，快门驱动器所生成的并且被用于驱动选通光检测器的快门驱动脉冲的边沿被与具有相对于快门定时脉冲的预确定的固定延迟(例如，10ns)的快门参考脉冲的边沿对准。以此方式，选通光检测器在精确知晓的时间被快门切换打开，使得可进行准确的TOF测量。
提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并非旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用作辅助确定要求保护的主题的范围。
附图简述
图1例示了根据本技术的实施例的能够生成飞行时间(TOF)测量的系统。
图2和3是有助于阐述图1中介绍的系统的操作的示例性时序图。
图4例示了根据本技术的实施例的图1中介绍的电可变化延迟的实施方式。
图5例示了根据本技术的另一实施例的图1中介绍的电可变化延迟的实施方式。
图6和7是被用来概述根据本技术的某些实施例的方法的高级流程图。
详细描述
尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本发明主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。更确切而言，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。
图1例示了能够生成飞行时间(TOF)测量，并且基于该TOF测量，能够监测到物体的距离的系统102，其中物体由块130表示。参照图1，系统102 被示为包括精确定时生成器104、时钟106、存储器107、控制器108、光源驱动器112以及光源118。系统102还被示为包括快门驱动器122和选通光检测器128。另外，系统102还被示为包括电可变延迟110和120，以及边沿比较器114和124，如以下将描述的，根据本技术的各实施例，它们被用于精确地控制光源118何时发射光脉冲以及选通光检测器128何时打开和关闭快门(也称为选通)。
光源118可以是激光二极管，或发光二极管，但并不限于此。在光源118 是激光二极管的情况下，激光二极管可以是例如边沿发射激光二极管或者垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。虽然很可能光源118发射(也称为辐射)近红外(NIR)或红外(IR)光脉冲，但是可替代地发射其它波长的光的光脉冲。
选通光检测器128可包括半导体器件(诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)光敏器件)的光敏表面，该光敏表面具有形成在硅或其它合适基底上的一个或多个光敏像素。快门(其被用于将光敏表面快门切换(也称为选通)开或关(也称为打开或关闭))可包括例如选通图像增强器，或者固态电光或声光调制器，但不限此。对于更具体的示例，选通光检测器128可包括数以百计或千计的光敏像素的阵列，该阵列被用于获得物体(由图1中的块130表示)的TOF深度图像。在这种情况下，选通光检测器128 可被视为选通TOF深度相机的一部分。将TOF深度相机快门切换打开或关闭也被普遍称为将相机“选通”打开或关闭(因此其名称为“选通飞行时间3D相机”)并且分别指的是允许或禁止相机的光表面记录相机所收集的光。将相机选通打开或关闭在本文中也指分别将其光表面选通打开或选通关闭。术语将相机或相机的光表面“选通”和“断开”在本文中也被使用并分别表示将光表面或相机选通打开和选通关闭。对光表面或相机进行“快门切换”或“选通”而不限定副词“打开”或“关闭”指的是对光表面或相机的选通和/或断开的操作。
期间TOF深度相机被选通打开的时间段是期间相机的光表面记录相机收集并引导至相机的光表面的光的曝光时间。光表面通过积累和存储光在光表面的像素中生成的电荷(此后称为“光电荷”)来记录光。光通过在光表面像素中创建电子－空穴对来生成光电荷。取决于光表面的掺杂配置，积累和存储的光电荷可以是来自电子－空穴对中的电子或空穴中的任意一种。
为了对场景成像并且确定从相机到场景中的特征的距离，场景可被照亮 (例如，用由光源118发射的一列光脉冲(也称为光源猝发))。典型地，如上文提到的，所发射的(也称为辐射的)光脉冲是红外(IR)或近红外(NIR) 光脉冲。针对光脉冲列中的每一个辐射的光脉冲，相机在光脉冲被辐射的时间开始的预确定的延迟之后被选通打开达曝光时间。对于光表面中的像素上所成像的特征，该特征所反射的来自每一个所辐射的光脉冲的光被记录在对该特征成像的像素上，如果所发射的光在光脉冲之后的曝光时间期间抵达相机(更具体地，是选通光检测器128)的话。
在光脉冲列中的最后一个光脉冲之后，在曝光时间期间光表面的像素中积累的电荷可被感测并转换成电压。表示积累的电荷的一组电压被称为光表面的“帧”。由于在辐射光脉冲和随后的曝光时间之间逝去的时间是已知的，被像素所记录的被成像的光从光源行进到反射特征并回到相机(更具体地，是选通光检测器128)所花的时间是已知的。像素所记录的光、光的速度以及逝去的时间被用于确定到场景中的各特征的距离。
根据一实施例，控制器108可计算物体(例如，130)和系统102之间的距离。在选通光检测器128包括(数以百计或千计的)光敏像素的阵列的情况下，控制器108可获得每一个像素的距离或深度值，这些距离或深度值可共同被用于获得物体的TOF深度图像，或更一般地，获得包括一个或多个物体的场景的TOF深度图像。控制器108的确定这类距离或深度的部分可被称为距离计算器或深度计算器。距离计算器或深度计算器被实现在控制器108外部也是可能的。如上文提到的，控制器108可由微处理器、微控制器或数字信号处理器来实现，但不限于此。在距离计算器或深度计算器位于控制器108外部的情况下，这一计算器可由微处理器、微控制器或数字信号处理器来实现，但不限于此。更一般地，控制器108(或其它控制器)基于检测到的在选通光检测器128 的光表面被快门切换打开期间入射在该光表面上的光脉冲来生成飞行时间 (TOF)测量。
在TOF深度图像被生成的情况下，每一个深度图像可包括所捕捉的场景的二维(2-D)或三维(3-D)像素区域，其中该2-D或3-D像素区域中的每个像素都可以表示一深度值，诸如所捕捉的场景中的一物体与相机相距的例如以厘米、毫米等为单位的距离。在某些实施例中，对于深度图像中的每一个像素，深度图像可指定像素位置和像素深度。
关于系统102的操作的附加细节将首先在假设电可变延迟110和120以及边沿比较器114和124不存在的情况下来描述。之后，如其各实施方式将体现的，将描述包括电可变延迟110和120以及边沿比较器114和124的操作及益处。
仍然参照图1，精确定时生成器104被示为接收来自由控制器108控制的时钟106的时钟信号。时钟信号可以是例如45MHz时钟信号，但不限于此。控制器108可由微处理器、微控制器或数字信号处理器来实现，但不限于此。存储器107可存储由控制器108用于控制精确定时生成器104所生成的信号的定时的指令。存储器107还可存储TOF测量和/或深度图像。存在可被存储在存储器107中的信息类型的若干示例，这不旨在是全涵盖的。
根据一实施例，控制器108控制精确定时生成器104输出定时脉冲，该定时脉冲被用于控制系统102所发射的光脉冲的定时，在这种情况下，定时脉冲可被称为光定时脉冲。光定时脉冲可在精确定时生成器104的单个输出(例如，单个输出引脚)处生成。替代地，光定时脉冲可在精确定时生成器104的一对输出(例如，一对输出引脚)处生成，其中在输出中的第一个输出处的定时信号指定光定时脉冲的前沿，而输出中的第二个输出处的定时信号指定光定时脉冲的后沿。换言之，精确定时生成器104输出的第一信号可指定光定时脉冲的开始，而精确定时生成器104的第二个输出可指定光定时脉冲的结束。
根据一实施例，系统102可被配置成致使光源118发射每秒多(例如，30) 次的脉冲猝发(也称为一列脉冲)。换言之，在系统102是TOF深度相机的一部分的情况下，TOF深度相机可具有每秒30帧的帧速率。每一次脉冲猝发可包括例如10000个脉冲，其中一次猝发中的每一个脉冲为约6ns宽度，并且猝发中的每一个脉冲彼此间隔开约200ns。这些仅仅是几个示例，其不旨在是限制性的。
假设电可变延迟110不存在，精确定时生成器104所生成的光定时脉冲被提供给光源驱动器112并且由光源驱动器112用于生成用于驱动光源118发射光脉冲的光驱动脉冲。换一种方式来阐述，光源驱动器112将光定时脉冲转换成驱动光源118所需的具有合适电流(以及更一般地，合适的功率)的光驱动脉冲。在光源118是激光器或激光二极管的情况下，光源驱动器112可被更具体地称为激光器驱动器或激光二极管驱动器。
光源驱动器112导致了精确定时生成器104和光源118之间的信号路径中的延迟，该延迟应当被校准去除以确定精确的TOF测量。如果光源驱动器112 导致的延迟是恒定的，则校准去除该延迟将相对简单。例如，如果光源驱动器 112导致了信号路径中的固定的5ns延迟，则系统将知晓光源118将在精确定时生成器104所生成的光定时脉冲所指定的时间后恰好5ns时发射光脉冲。因此，为了校准去除这一固定延迟，每一个TOF测量可简单地被减去5ns。然而，事实并非如此，因为光源驱动器112导致的延迟实际上可能取决于温度的变化和/或被用于向光源驱动器112供电的供电电压的变化而变化(例如，达约5ns)。作为一个更具体的示例，光源驱动器112可导致5ns的标称延迟，该延迟在2.5 ns和7.5ns之间变化。这仅仅是一个示例，其不旨在是限制性的。在光源驱动器112的讨论之后，以下将描述的本技术的实施例可被用于有效地导致精确定时生成器104和光源118之间的信号路径中的延迟为基本恒定，并因此易于对其进行校准。
根据一实施例，控制器108控制精确定时生成器104输出快门定时脉冲，该快门定时脉冲被用于控制选通光检测器128的快门切换，在这种情况下，定时脉冲可被称为快门定时脉冲。快门定时脉冲可在精确定时生成器104的单个输出(例如，单个输出引脚)处生成。替代地，快门定时脉冲可在精确定时生成器104的一对输出(例如，一对输出引脚)处生成，其中在输出中的第一个输出处的定时信号指定快门定时脉冲的前沿，而输出中的第二个输出处的定时信号指定快门定时脉冲的后沿。换言之，精确定时生成器104输出的第一信号可指定快门定时脉冲的开始，而精确定时生成器104的第二个输出可指定快门定时脉冲的结束。选通光检测器128被选通或快门切换的频率可与光源118被驱动以发射光脉冲的频率相同或类似，但这不是必需的。
假设电可变延迟120不存在，精确定时生成器104所生成的快门定时脉冲被提供给快门驱动器122并且由快门驱动器122用于生成用于驱动选通光检测器128的快门驱动脉冲。换一种方式来阐述，快门驱动器122将快门定时脉冲转换成驱动选通光检测器128所需的具有合适电流(以及更一般地，合适的功率)的快门驱动脉冲。
像光源驱动器112的情形一样，快门驱动器122导致了精确定时生成器104 和选通光检测器128之间的信号路径中的延迟，该延迟应当被校准去除以确定精确的TOF测量。如果快门驱动器122导致的延迟是恒定的，则校准去除该延迟将相对简单。例如，如果快门驱动器122导致了信号路径中的固定的5ns延迟，则系统将知晓选通光检测器128将在精确定时生成器104所生成的快门定时脉冲所指定的时间后恰好5ns时被驱动以快门切换打开。因此，为了校准去除这一固定延迟，每一个TOF测量可简单地被调整5ns。然而，事实并非如此，因为快门驱动器122导致的延迟实际上可能取决于温度的变化和/或被用于向快门驱动器122供电的供电电压的变化而变化(例如，达约5ns)。作为一个更具体的示例，快门驱动器112可导致5ns的标称延迟，该延迟在2.5ns和7.5 ns之间变化。这仅仅是一个示例，其不旨在是限制性的。以下将描述的本技术的实施例可被用于有效地导致精确定时生成器104和选通光检测器128之间的信号路径中的延迟为基本恒定，并因此易于对其进行校准。
根据本技术的某些实施例，被用于驱动光源118的光驱动脉冲的边沿被与具有相对于被提供给光源驱动器112的光定时脉冲的预确定的固定延迟(例如， 10ns)的光参考脉冲的边沿对准。以此方式，光脉冲由光源118在精确知晓的时间处发射。根据某些实施例，是被用于驱动光源118的光驱动脉冲的前沿与光参考脉冲的前沿对准。替代地，被用于驱动光源118的光驱动脉冲的后沿与光参考脉冲的后沿对准。在又一些实施例中，光驱动脉冲的前沿和后沿被分别与光参考脉冲的前沿和后沿对准。
类似的，根据本技术的实施例，被用于驱动选通光检测器128的快门驱动脉冲的边沿被与具有相对于被提供给快门驱动器122的快门定时脉冲的预确定的固定延迟(例如，10ns)的快门参考脉冲的边沿对准。以此方式，选通光检测器128被在精确知晓的时间处被驱动以快门切换打开。根据某些实施例，是被用于驱动选通光检测器128的快门驱动脉冲的前沿与快门参考脉冲的前沿对准。替代地，被用于驱动光选通光检测器128的快门驱动脉冲的后沿与快门参考脉冲的后沿对准。在又一些实施例中，快门驱动脉冲的前沿和后沿被分别与快门参考脉冲的前沿和后沿对准。
仍然参照图1，根据本技术的某些实施例，控制器108控制精确定时生成器104以生成光定时脉冲以及对应的光参考脉冲，光参考脉冲具有相对于光定时脉冲的指定的固定延迟。如图1中所示，光定时脉冲在被提供给光源驱动器 112之前先提供给电可变延迟110。更具体地，电可变延迟110接收由精确定时生成器104生成的光定时脉冲并输出经延迟的光定时脉冲，经延迟的光定时脉冲被提供给光源驱动器112。光源驱动器112取决于电可变延迟110所输出的经延迟的光定时脉冲来生成光驱动脉冲，并且光驱动脉冲被用于驱动光源118以致使光源118发射光脉冲。
如图1中所示，光源驱动器112的输出(即光驱动脉冲)还被提供给边沿比较器114，边沿比较器114还接收光参考脉冲。更具体地，边沿比较器114 将光源驱动器112所生成的光驱动脉冲的边沿与(精确定时生成器104所生成的)对应的光参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示光驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号。如上文提到的，被比较的边沿是前沿、后沿、或前沿和后沿两者。出于简洁和统一的目的，除非另外说明，对于以下讨论的大部分，将假设边沿比较器114将(光源驱动器 112所生成的)光驱动脉冲的前沿与对应的光参考脉冲的前沿作比较。
边沿比较器114的输出或者是高或者是低(即，逻辑1或0)，其中逻辑电平中的一个指示光驱动脉冲滞后于(即，晚于)其对应的光参考脉冲，而逻辑电平中的另一个则指示光驱动脉冲领先于(即，早于)其对应的光参考脉冲。例如，来自边沿比较器114的高输出(即，逻辑电平1)可指示光驱动脉冲滞后于其对应的光参考脉冲，而来自边沿比较器114的低输出(即，逻辑电平0) 可指示光驱动脉冲领先于其对应的光参考脉冲。替代地，来自边沿比较器114 的低输出(即，逻辑电平0)可指示光驱动脉冲滞后于其对应的光参考脉冲，而来自边沿比较器114的高输出(即，逻辑电平1)可指示光驱动脉冲领先于其对应的光参考脉冲。换种方式来阐述，来自边沿比较器114的高输出(即，逻辑电平1)可指示光驱动脉冲晚，而来自边沿比较器114的低输出(即，逻辑电平0)可指示光驱动脉冲早；或者替代地，来自边沿比较器114的高输出 (即，逻辑电平1)可指示光驱动脉冲早，而来自边沿比较器114的低输出(即，逻辑电平0)可指示光驱动脉冲晚。这仅仅是实施方式的不同，任一实施例将起效，只要电可变延迟110(其响应于(边沿比较器114所输出的)二元边沿比较信号)被相应地设计。
仍然参照图1，电可变延迟110被取决于边沿比较器114所生成的二元边沿比较信号随时间调整以致使光源驱动器112所生成的光驱动脉冲的边沿(例如，前沿)与对应的光参考脉冲的对应边沿(例如，前沿)基本对准。在(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号指示光驱动脉冲的边沿滞后于(即，晚于)对应光参考脉冲的对应边沿的情况下，电可变延迟110的延迟被缩小。反之，在(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号指示光驱动脉冲的边沿领先于(即，早于)对应光参考脉冲的对应边沿的情况下，电可变延迟110 的延迟被增大。在这一实施例中，电可变延迟110、光源驱动器112以及边沿比较器114共同提供延迟锁定环路(DLL)116。根据某些实施例，如果两个边沿彼此在200ps内，则这两个边沿被认为彼此基本对准。驱动脉冲和对应的参考脉冲的边沿优选地在彼此的100ps内，更优选地在彼此的66ps内，进一步优选地在彼此的50ps内。
根据某些实施例，边沿比较器114可使用简单的交叉耦合锁存器来实现，例如使用一对交叉耦合的NAND门来实现。根据另一实施例，边沿比较器114 可使用D触发器来实现，其中光驱动脉冲被提供给D触发器的D输入，光参考脉冲被提供给D触发器的CLK输入，而二元边沿比较信号(即边沿比较器 114的输出)在D触发器的Q输出生成。这一D触发器可以是前沿触发的触发器，其在被提供给D触发器的CLK输入的光参考脉冲的前沿处被触发。替代地，D触发器可以是后沿触发的触发器，其在被提供给D触发器的CLK输入的光参考脉冲的后沿处被触发。其它的变化是可能的，并且落在本文所描述的本技术的实施例的范围内。出于简洁和统一的目的，除非另外说明，对于以下讨论的大部分，将假设边沿比较器114被实现为前沿触发的D触发器，其中光驱动脉冲被提供给D触发器的D输入，光参考脉冲被提供给D触发器的CLK 输入，而在D触发器的Q输出生成的二元边沿比较信号(即边沿比较器114 的输出)在提供给D触发器的CLK输入的光参考脉冲的前沿处触发。
使用边沿比较器114来生成二元边沿比较信号的一种潜在替代方式将是使用相位比较器来检测光驱动脉冲和对应的光参考脉冲之间的实际的时间差或相位差。然而，与相对简单的边沿比较器114相比，要实现这一相位比较器将复杂和昂贵得多。此外，与本技术的各实施例中使用的简单的边沿比较器相比，相位比较器将可能占据电路板上或芯片中的多得多的面积。因此，与使用更复杂的相位比较器相比，使用边沿比较器114(以及边沿比较器124)被认为是优选和有益的。
图2和3是有助于阐述图1中介绍的系统102的操作的示例性时序图。参照图2，波形(a)指示使用精确定时生成器104生成的示例性光定时脉冲或快门定时脉冲，并因此可被简单地称为定时脉冲；波形(b)指示光源驱动器112 所输出的示例性光驱动脉冲，或者快门驱动器122输出的示例性快门驱动脉冲，并因此可被简单地称为驱动脉冲；而波形(c)指示使用精确定时生成器104 生成的示例性光参考脉冲或快门参考脉冲，并因此可被简单地称为参考脉冲。根据本文描述的某些实施例，边沿比较器114(或124)将(波形(b)中的) 驱动脉冲与(波形(c)中的)参考脉冲作比较以生成被提供给电可变延迟110 (或120)的二元边沿比较信号。在图2中所示的示例中，驱动脉冲被示为滞后于参考脉冲，因此，电可变延迟将被调整以缩短其延迟。图3类似于图2，但是示出驱动脉冲领先于参考脉冲，因此，电可变延迟将被调整以增大其延迟。
再次参照图1，根据本技术的某些实施例，控制器108控制精确定时生成器104以生成快门定时脉冲以及对应的快门参考脉冲，光参考脉冲具有相对于快门定时脉冲的指定的固定延迟。如图1中所示，快门定时脉冲在被提供给快门驱动器122之前先提供给电可变延迟120。更具体地，电可变延迟120接收由精确定时生成器104生成的快门定时脉冲并输出经延迟的快门定时脉冲，经延迟的快门定时脉冲被提供给快门驱动器122。快门驱动器122根据电可变延迟120所输出的经延迟的快门定时脉冲生成快门驱动脉冲，并且快门驱动脉冲被用于驱动选通光检测器128以致使选通光检测器128(更具体地，是其光表面)被快门切换打开(也可被称为快门打开、选通、或选通打开)。
如图1中所示，快门驱动器122的输出(即快门驱动脉冲)还被提供给边沿比较器124，边沿比较器114还接收快门参考脉冲。更具体地，边沿比较器 124将快门驱动器122所生成的快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示快门驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的快门参考脉冲的对应边沿的又一二元边沿比较信号。如上文提到的，被比较的边沿是前沿、后沿、或前沿和后沿两者。出于简洁和统一的目的，除非另外说明，对于以下讨论的大部分，将假设边沿比较器124将(快门驱动器122所生成的)快门驱动脉冲的前沿与对应的快门参考脉冲的前沿作比较。
边沿比较器124的输出或者是高或者是低(即，逻辑电平1或0)，其中逻辑电平中的一个指示快门驱动脉冲滞后于(即，晚于)其对应的快门参考脉冲，而逻辑电平中的另一个则指示快门驱动脉冲领先于(即，早于)其对应的快门参考脉冲。例如，来自边沿比较器124的高输出(即，逻辑电平1)可指示快门驱动脉冲滞后于其对应的快门参考脉冲，而来自边沿比较器124的低输出(即，逻辑电平0)可指示快门驱动脉冲领先于其对应的快门参考脉冲。替代地，来自边沿比较器124的低输出(即，逻辑电平0)可指示快门驱动脉冲滞后于其对应的快门参考脉冲，而来自边沿比较器124的高输出(即，逻辑电平1)可指示快门驱动脉冲领先于其对应的快门参考脉冲。换种方式来阐述，来自边沿比较器124的高输出(即，逻辑电平1)可指示快门驱动脉冲晚，而来自边沿比较器124的低输出(即，逻辑电平0)可指示快门驱动脉冲早；或者替代地，来自边沿比较器124的高输出(即，逻辑电平1)可指示快门驱动脉冲早，而来自边沿比较器124的低输出(即，逻辑电平0)可指示快门驱动脉冲晚。这仅仅是实施方式的不同，任一实施例将起效，只要电可变延迟120 (其响应于(边沿比较器124所输出的)该又一二元边沿比较信号)被相应地设计。
以与电可变延迟110被取决于边沿比较器114所生成的二元边沿比较信号随时间调整类似的方式，电可变延迟120被取决于边沿比较器124所生成的该又一二元边沿比较信号随时间调整以致使快门驱动器122所生成的快门驱动脉冲的边沿(例如，前沿)与对应的快门参考脉冲的对应边沿(例如，前沿)基本对准。在(边沿比较器124所生成的)该又一二元边沿比较信号指示快门驱动脉冲的边沿滞后于(即，晚于)对应快门参考脉冲的对应边沿的情况下，电可变延迟120的延迟被缩小。反之，在(边沿比较器124所生成的)二元边沿比较信号指示快门驱动脉冲的边沿领先于(即，早于)对应快门参考脉冲的对应边沿的情况下，电可变延迟120的延迟被增大。在这一实施例中，电可变延迟120、快门驱动器122以及边沿比较器124共同提供延迟锁定环路(DLL) 126。
边沿比较器124可以与边沿比较器114相同或类似的方式实现。例如，边沿比较器124可使用简单的交叉耦合锁存器来实现(例如使用一对交叉耦合的 NAND门来实现)，或者使用D触发器来实现。这一D触发器可以是前沿触发的触发器，其在被提供给D触发器的CLK输入的快门参考脉冲的前沿处被触发。替代地，D触发器可以是后沿触发的触发器，其在被提供给D触发器的 CLK输入的快门参考脉冲的后沿处被触发。其它的变化是可能的，并且落在本文所描述的本技术的实施例的范围内。出于简洁和统一的目的，除非另外说明，对于以下讨论的大部分，将假设边沿比较器124被实现为前沿触发的D触发器，其中快门驱动脉冲被提供给D触发器的D输入，快门参考脉冲被提供给D触发器的CLK输入，而在D触发器的Q输出生成的又一二元边沿比较信号(即边沿比较器124的输出)在提供给D触发器的CLK输入的快门参考脉冲的前沿处触发。
在以上参照图1、2和3描述的实施例的描述中，光源118被概括地描述为响应于由低变为高的光驱动脉冲来发射光。在光源118的(诸)阳极被连接到光源驱动器112的输出，并且光源118的(诸)阴极被连接到地的情况下，就将是这种情况。替代地，光源118的(诸)阳极可被连接到高电源供电(例如，Vcc)，而光源118的(诸)阴极可被连接到光源驱动器112的输出，在这种情况下，光源118将响应于由高变低的光驱动脉冲来发射光。本领域普通技术人员将理解，取决于哪个实现被使用，参照图1、2和3以及本文讨论的其它附图来讨论的某些信号可能需要被反转，使得合适的电压和逻辑电平被应用于本文描述的各个电路元件以实现本文描述的期望功能。
图4例示了根据本技术的实施例的电可变化延迟110的实施方式。参照图 4，电可变延迟110被示为包括斜坡发生器402、低通滤波器(LPF)412以及比较器422。斜坡发生器402被示为使用电阻器R1和电容器C1来实现。电阻器R1的示例性值为100欧姆(Ω)，而电容器C1的示例性值为50皮法(pF)。低通滤波器(LPF)412被示为使用电阻器R2和电容器C2来实现。电阻器R2 的示例性值为10千欧姆(kΩ)，而电容器C2的示例性值为20纳法(nF)。斜坡发生器402的输入(其是电可变延迟110的输入)接收来自精确定时生成器104的光定时脉冲。响应于接收(来自精确定时生成器104的)每一个光定时脉冲，斜坡发生器402生成从零倾斜升到峰值电压、并且随后倾斜返回零的斜坡信号。这一斜坡信号被示为提供给比较器422的输入。(被提供给比较器 422的另一输入的)另一信号可被称为阈值信号，因为该阈值信号指定比较器的输出改变状态(即，逻辑电平)的阈值电压。这一阈值信号或阈值电压由低通滤波器(LPF)412响应于边沿比较器114所生成的二元边沿比较信号而生成。
仍然参照图4，根据本技术的实施例，当光驱动脉冲滞后于(即，晚于) 对应的光参考脉冲，如以上讨论的图2的时序图中所示，(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号将为低(即，0)，因此低通滤波器(LPF)412的输入将为低。这将降低与(斜坡发生器402所生成的)斜坡信号比较的阈值信号的电压(即，阈值电压)，这将导致斜坡更早地抵达阈值水平，因此比较器的输出将更早地改变状态，这实际上缩短了电可变延迟110的延迟。反之，在光驱动脉冲领先于(即，早于)对应的光参考脉冲的实施例中，如以上讨论的图3的时序图中所示，(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号将为高 (即，1)，因此低通滤波器(LPF)412的输入将为高。这将提高与(斜坡发生器402所生成的)斜坡信号比较的阈值信号的电压(即，阈值电压)，这将导致斜坡更晚地抵达阈值水平，因此比较器的输出将更晚地改变状态，这实际上增加了电可变延迟110的延迟。
在图4的实施例，斜坡发生器402根据精确定时生成器104所生成的光定时脉冲来生成斜坡信号。比较器422或被配置成以相同或类似的方式工作的某个其它电路将斜坡信号与阈值电压作比较以便生成经延迟的光定时脉冲。为了调整电可变延迟110的可变延迟，与斜坡信号比较的阈值电压按照边沿比较器 114所生成的(指示光驱动脉冲的边沿滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的)二元边沿比较信号的经低通滤波的版本被调整。同样落在本文描述的实施例的范围内的是，生成多个斜坡信号，每一个斜坡信号与能够基于二元边沿比较信号来调整的对应的参考电压作比较。例如，一个斜坡信号可指定每一个光定时脉冲的前沿，而另一个斜坡信号可指定每一个光定时脉冲的后沿。如上文提到的，电可变延迟120可以与电可变延迟110类似的方式工作。换言之，图4中示出的电路的又一实例可被用于实现电可变延迟120。
图5例示了根据本技术的另一实施例的电可变化延迟110的实施方式。在图5中示出的实施例中，电可变延迟110接收来自精确定时生成器104的两个信号，其中一个指定每一个光定时脉冲的前沿，而其中的另一个指定每一个光定时脉冲的后沿。这些信号中的每一个被提供给相应的斜坡生成器502、512。如果想要的光定时脉冲和光源驱动脉冲的脉宽是6ns，则从精确定时生成器104 接收的这两个信号可具有相同的形态，其中一个领先另一个6ns。
斜坡生成器502被示为使用电阻器R3和电容器C3来实现；而斜坡生成器 512被示为使用电阻器R4和电容器C4来实现。电阻器R3和R4中的每一个的示例性值为100欧姆(Ω)，而电容器C3和C4中的每一个的示例性值为50 皮法(pF)。电可变延迟110还被示为包括偏置调整器504、514、与门506以及反相器门516。偏置调整器504被示为包括连接在斜坡生成器502的输出和与门506的第一输入之间的电容器C5。偏置调整器504还被示为包括连接在与门506的第一输入和边沿比较器114的输出之间的电阻器R5，边沿比较器114 被示为被实现为D触发器。偏置调整器544被示为包括连接在斜坡生成器512 的输出和反相器门516的输入之间的电容器C6。反相器门516的输出被提供给与门506的第二输入。偏置调整器514还被示为包括连接在反相器门516的输入和边沿比较器114的输出之间的电阻器R6。电阻器R5和R6中的每一个的示例性值为10千欧姆(kΩ)，而电容器C5和C6中的每一个的示例性值为20纳法(nF)。
斜坡生成器502基于从精确定时生成器104接收的指定每一个光定时脉冲的前沿的信号来生成斜坡信号。这一斜坡信号为跨偏置调整器504的电容器C5 的电压充电，其中这一电压被提供给与门506的第一输入。在图5中示出的实施例中，当(边沿比较器114所输出的)二元边沿比较信号为低(即，0)，则提供给与门的第一输入的电压被拉下，这将具有增加(斜坡生成器502所生成的)斜坡信号抵达与门解释为高逻辑电平(即，1)的电压电平要耗费的时间的效果。反之，当(边沿比较器114所输出的)二元边沿比较信号为高(即， 1)，则提供给与门的第一输入的电压被推高，这将具有缩短(斜坡生成器502 所生成的)斜坡信号抵达与门解释为高逻辑电平(即，1)的电压电平要耗费的时间的效果。
斜坡生成器512基于从精确定时生成器104接收的指定每一个光定时脉冲的后沿的信号来生成斜坡信号。这一斜坡信号为跨偏置调整器514的电容器C6 的电压充电，其中这一电压被提供给反相器门516的输入，反相器门516也可被称为非门516。在图5中示出的实施例中，当(边沿比较器114所输出的) 二元边沿比较信号为低(即，0)，则提供给反相器门516的输入的电压被拉下，这将具有增加(斜坡生成器512所生成的)斜坡信号抵达反相器解释为高逻辑电平(即，1)的电压电平要耗费的时间的效果。反之，当(边沿比较器 114所输出的)二元边沿比较信号为高(即，1)，则提供给反相器门516的输入的电压被推高，这将具有缩短(斜坡生成器512所生成的)斜坡信号抵达反相器门516解释为高逻辑电平(即，1)的电压电平要耗费的时间的效果。如本文中使用的，术语“高”和“高逻辑电平”被互换地使用，而术语“低”和“低逻辑电平”被互换地使用，以分别指代二元状态1和0。
在图5中示出的实施例中，如果与门506的两个输入中的至少一个为低，则与门506的输出(因而电可变延迟110的输出)将为低(即0)。反之，当与门506的两个输入都为高，则与门506的输出(因而电可变延迟110的输出) 将为高(即1)。为了使与门506的输入被认为是“高”，与门的阈值电压应当被达到或超过。在与门506被(例如由5V的Vcc(例如，在供电电源电压为 5V的情况下))供电的情况下，与门输入的示例性电压阈值为2.5V，这意味着当输入处的电压在0V和2.5V之间时与门的输入被解释为低，而当输入处的电压在2.5V和5V之间时与门的输入被解释为高。假设与门506的阈值电压为 2.5V，当斜坡生成器502和偏置调整器504共同导致与门506的第一输入处的电压达到2.5V时，与门506的第一输入将为高。作为一个实例，还可以假设反相器门516的阈值电压为2.5V。假设反相器门516的阈值电压为2.5V，当反相器的输入为低时(例如，低于2.5V)，反相器的输出将为高。相应地，在这一示例中，当与门506的第一输入处的电压(该电压由斜坡生成器502和偏置调整器504控制)为高(例如，至少2.5V)，并且反相器门516的输入处的电压 (该电压由斜坡生成器512和514控制)为低(例如，低于2.5V)时，与门506 的输出将为高。偏置调整器504和514(其由(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号控制)调整(斜坡生成器502和512所生成的)斜坡信号达到与与门504和反相器门516相关联的阈值电压水平要耗费的时间。当(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号为低时，这增加了(斜坡生成器502和 512所生成的)斜坡信号达到与与门504和反相器门516相关联的阈值电压水平要耗费的时间，这实际上增加了电可变延迟110的延迟。反之，当(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号为高时，这减少了(斜坡生成器502和 512所生成的)斜坡信号达到与与门504和反相器门516相关联的阈值电压水平要耗费的时间，这实际上缩短了电可变延迟110的延迟。
暂时返回参照图1的系统框图和图2和3的时序图，假设当光驱动脉冲滞后于(即，晚于)对应的光参考脉冲时，边沿比较器114的输出为低(即，逻辑电平0)，并且当光驱动脉冲领先于(即，早于)对应的光参考脉冲时，边沿比较器114的输出为高(即，逻辑电平1)。相应地，当(边沿比较器114 所生成的)二元边沿比较信号为低时(指示光驱动脉冲滞后于(即，晚于)对应的光参考脉冲)，(斜坡生成器502和512所生成的)斜坡信号达到与与门 504和反相器门516相关联的阈值电压水平要耗费的时间的量被增加，这增大了电可变延迟110的延迟。反之，当(边沿比较器114所生成的)二元边沿比较信号为高时(指示光驱动脉冲领先于(即，早于)对应的光参考脉冲)，(斜坡生成器502和512所生成的)斜坡信号达到与与门504和反相器门516相关联的阈值电压水平要耗费的时间的量被减少，这减少了电可变延迟110的延迟。
在图5的实施例，斜坡发生器502和512根据光定时脉冲来生成一对斜坡信号。这些斜坡信号被提供给各个逻辑门，每一个逻辑门具有对应的阈值电压。逻辑门被示出为是与门506和反相器门516，但是替代的逻辑门可被使用来实现相同或类似的结果。逻辑门被用于生成经延迟的光定时脉冲，这些经延迟的光定时脉冲是电可变延迟110的输出。在这一实施例中，可变延迟通过根据指示光驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号来调整斜坡信号的偏置来调整。对斜坡信号的偏置的这一调整调整了斜坡信号达到被用来生成经延迟的光定时脉冲的逻辑门的对应的阈值电压耗费的时间。
被用来调整提供给快门驱动器122的经延迟的快门定时脉冲的定时的电可变延迟120可以与电可变延迟110的实施方式相同或类似的方式来实现。例如，图4或5中示出的电路的更多实例可被用于实现电可变延迟120。
图6的高级流程图现在将被用来概述根据本技术的某些实施例的用于能够生成飞行时间(TOF)测量的系统(例如，102)中的方法，其中该系统包括定时生成器(例如，104)以及选择性地驱动光源(例如，118)的光源驱动器(例如，112)。参照图6，步骤602涉及使用定时生成器(例如，104)来生成光定时脉冲以及对应的光参考脉冲，光参考脉冲具有相对于光定时脉冲的指定的固定延迟。步骤604涉及将光定时脉冲延迟一可变延迟以生成经延迟的光定时脉冲。步骤604可使用电可变延迟(例如，110)来实现。这一电可变延迟的示例性实现方式在上文参照图4和5进行了描述。仍然参照图6，步骤606涉及将经延迟的光定时脉冲提供给光源驱动器(例如，112)来生成光驱动脉冲，该光驱动脉冲被用于驱动光源(例如，118)以致使光源发射对应的光脉冲。步骤608(其可与步骤606在同一时间(即同时地)执行)涉及将光源驱动器 (例如，112)所生成的光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示光驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号。步骤608可由边沿比较器(例如，114)来执行，边沿比较器的示例性细节已在上文中被描述。仍然参照图6，步骤610涉及根据二元边沿比较信号来调整可变延迟。线612指示步骤602、604、606、 608以及610被随时间重复进行，这具有致使更多光驱动脉冲的边沿与更多对应的光参考脉冲的边沿基本对准的效果。如以上阐述的，步骤608可涉及将光驱动脉冲的前沿与光参考脉冲的前沿作比较，或者将光驱动脉冲的后沿与光参考脉冲的后沿作比较，或者将光驱动脉冲的前沿和后沿两者与光参考脉冲的前沿和后沿作比较。换言之，可以是被用于驱动光源的光驱动脉冲的前沿与光参考脉冲的前沿对准。替代地，可以是被用于驱动光源的光驱动脉冲的后沿与光参考脉冲的后沿对准。在又一些实施例中，光驱动脉冲的前沿和后沿被分别与光参考脉冲的前沿和后沿对准。
可被用来实现以上参照图6概述的方法的系统(例如，102)还可包括选择性地驱动选通光检测器(例如，128)的快门驱动器(例如，122)。在这一系统中，方法可包括更多步骤，这些步骤将参照图7来描述。
参照图7，步骤702涉及使用定时生成器来生成快门定时脉冲以及对应的快门参考脉冲，快门参考脉冲具有相对于快门定时脉冲的又一固定延迟。步骤702中所指的该又一固定延迟可以与以上讨论的步骤602中所指的固定延迟相同或不同。仍然参照图7，步骤704涉及将快门定时脉冲延迟又一可变延迟以生成经延迟的快门定时脉冲。步骤704可使用电可变延迟(例如，120)来实现，其示例性实现以在上文参照图4和5进行了描述。步骤706涉及将经延迟的快门定时脉冲提供给快门驱动器(例如，122)以生成快门驱动脉冲，该快门驱动脉冲被用于将选通光检测器(例如，128)快门切换打开。步骤708涉及将快门驱动器(例如，128)所生成的快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示快门驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的快门参考脉冲的对应边沿的又一二元边沿比较信号。步骤708可由边沿比较器(例如，124)来执行，边沿比较器的示例性细节已在上文中被描述。仍然参照图7，步骤710涉及根据该又一二元边沿比较信号来调整该又一可变延迟。线712指示步骤702、704、706、708以及710被随时间重复进行，这具有致使更多快门驱动脉冲的边沿与更多对应的快门参考脉冲的边沿基本对准的效果。如以上阐述的，步骤708可涉及将快门驱动脉冲的前沿与快门参考脉冲的前沿作比较，或者将快门驱动脉冲的后沿与快门参考脉冲的后沿作比较，或者将快门驱动脉冲的前沿和后沿两者与快门参考脉冲的前沿和后沿作比较。换言之，可以是被用于驱动选通光检测器的快门驱动脉冲的前沿与快门参考脉冲的前沿对准。替代地，可以是被用于驱动选通光检测器的快门驱动脉冲的后沿与快门参考脉冲的后沿对准。在又一些实施例中，快门驱动脉冲的前沿和后沿被分别与快门参考脉冲的前沿和后沿对准。
步骤714涉及基于检测到的在选通光检测器(例如，128)被快门切换打开时入射在其上的光的脉冲来生成飞行时间(TOF)测量。根据特定实施例，选通光检测器(例如，128)包括光敏像素阵列，其使得深度图形能够根据TOF 测量来生成。
根据一实施例，参照图7描述的各步骤与参照图6描述的各步骤并行执行。
如上文提到的，步骤604和704可使用电可变延迟来实现，其示例性实现以在上文参照图4和5进行了描述。
本文描述的某些实施例涉及一种系统，系统包括定时生成器、控制器、电可变延迟、光源驱动器以及边沿比较器。所述控制器控制所述定时生成器来致使所述定时生成器生成光定时脉冲以及对应的光参考脉冲，所述光参考脉冲具有相对于所述光定时脉冲的指定的固定延迟。所述电可变延迟接收所述定时生成器所生成的光定时脉冲并输出经延迟的光定时脉冲。所述光源驱动器根据所述电可变延迟所输出的经延迟的光定时脉冲来生成光驱动脉冲，其中所述经延迟的光定时脉冲被用于驱动光源以致使所述光源选择性地发射光脉冲。所述边沿比较器将所述光源驱动器所生成的光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示光驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号。所述电可变延迟被根据所述边沿比较器所生成的二元边沿比较信号随时间调整以致使所述光源驱动器所生成的光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿基本对准。在某些实施例中，所述边沿比较器包括D触发器，所述D触发器包括接受所述光驱动脉冲的第一输入、接受对应的参考定时脉冲的第二输入、以及生成所述二元边沿比较信号的输出。
系统还可包括又一电可变延迟、快门驱动器以及又一边沿比较器。所述控制器还控制所述定时生成器来生成快门定时脉冲以及对应的快门参考脉冲，所述快门参考脉冲具有相对于所述快门定时脉冲的又一固定延迟。所述又一电可变延迟接收所述定时生成器所生成的快门定时脉冲并输出经延迟的快门定时脉冲。所述快门驱动器根据所述又一电可变延迟所输出的经延迟的快门定时脉冲来生成快门驱动脉冲，其中快门驱动脉冲被用于驱动选通光检测器以致使所述选通光检测器被选择性地开关切换打开。所述又一边沿比较器将所述快门驱动器所生成的快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示所述快门驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的快门参考脉冲的对应边沿的又一二元边沿比较信号。所述又一电可变延迟被随时间调整以致使所述快门驱动器所生成的快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿基本对准。
在以上描述的实施例中，电可变延迟、光源驱动器以及边沿检测器共同提供延迟锁定环路(DLL)。类似的，所述又一电可变延迟、所述快门驱动器以及所述又一边沿比较器共同提供又一延迟锁定环路(DLL)。
根据某些实施例，所述控制器或又一控制器基于检测到的在所述选通光检测器被快门切换打开时入射在所述选通光检测器上的光脉冲来生成飞行时间 (TOF)测量。根据某些实施例，所述选通光检测器包括光敏像素阵列，每一个光敏像素被用于生成TOF测量。在这类实施例中，所述控制器或又一控制器可根据TOF测量生成深度图像。
根据某些实施例，所述电可变延迟包括根据所述光定时脉冲生成一个或多个斜坡信号的一个或多个斜坡发生器。所述电可变延迟还包括将所述一个或多个斜坡信号与一个或多个阈值电压作比较并且根据比较的结果生成经延迟的光定时脉冲的电路。另外，所述电可变延迟包括根据指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号来调整与所述一个或多个斜坡信号比较的一个或多个阈值电压的电路。所述又一电可变延迟可以相同或类似的方式实现。
根据其它实施例，所述电可变延迟包括根据所述光定时脉冲生成一个或多个斜坡信号的一个或多个斜坡发生器。所述电可变延迟还包括具有对应的阈值电压的一个或多个逻辑门，所述一个或多个逻辑门中的每一个接收所述一个或多个斜坡信号中的一个，并且所述一个或多个逻辑门中的每一个被用于生成所述经延迟的光定时脉冲。另外，所述电可变延迟包括一个或多个偏置调制器，所述一个或多个偏置调制器中的每一个根据指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号来调整所述一个或多个斜坡信号的偏置，其中调整所述一个或多个斜坡信号的偏置调整所述一个或多个斜坡信号达到用于生成所述经延迟的光定时脉冲的一个或多个逻辑门的对应的阈值信号所耗费的时间。所述又一电可变延迟可以相同或类似的方式实现。
根据本技术的某些实施例，一种方法包括生成光定时脉冲和对应的光参考脉冲，以及生成快门定时脉冲和对应的快门参考脉冲。该方法进一步包括将所述光定时脉冲延迟第一可变延迟以生成经延迟的光定时脉冲，以及将所述快门定时脉冲延迟第二可变延迟以生成经延迟的快门定时脉冲。该方法还包括根据经延迟的光定时脉冲生成光驱动脉冲，以及根据经延迟的快门定时脉冲生成快门驱动脉冲。另外，该方法包括将光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿作比较，以及生成指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的光参考脉冲的对应边沿的第一二元边沿比较信号；以及将快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿作比较，以及生成指示所述快门驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的快门参考脉冲的对应边沿的第二二元边沿比较信号。该方法进一步包括根据所述第一二元边沿比较信号随时间调整第一可变延迟以致使所述光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿基本对准；以及根据所述第二二元边沿比较信号随时间调整第二可变延迟以致使所述快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿基本对准。
以上描述的方法还可包括用所述光驱动脉冲来驱动光源以由此致使所述光源选择性地发射光脉冲；以及
用所述快门驱动脉冲驱动选通光检测器以致使所述选通光检测器选择性地检测已被物体反射并入射在所述选通光检测器上的部分所发射的光脉冲。飞行时间(TOF)测量可根据检测到的已被物体反射并入射在所述选通光检测器上的部分所发射的光脉冲来生成。这类TOF测量可被用于生成深度图像。
根据某些实施例，将光定时脉冲延迟第一可变延迟以生成经延迟的光定时脉冲包括根据所述光定时脉冲生成一个或多个第一斜坡信号；以及通过将所述一个或多个第一斜坡信号提供给将所述一个或多个第一斜坡信号与一个或多个对应的阈值电压作比较的电路、或提供给在所述一个或多个斜坡信号被提供给各自具有对应的阈值电压的一个或多个逻辑门之前对所述一个或多个斜坡信号进行偏置的电路来生成所述经延迟的光定时脉冲。在这类实施例中，根据第一二元边沿比较信号调整第一可变延迟包括调整与所述一个或多个第一斜坡信号比较的一个或多个阈值电压，或者调整在所述一个或多个斜坡信号被提供给各自具有对应的阈值电压的一个或多个逻辑门之前对所述一个或多个斜坡信号进行的偏置。
本技术的各系统和方法的更多细节可从图1－7的以上讨论中领会。
本发明的实施例可被用于移动设备中用于确定移动设备和一个或多个物体之间的距离和/或生成供移动设备使用的深度图像。移动设备可以是例如移动电话、机器人、车辆、无人机、便携式计算机或混合现实头戴式显示器(HMD)，但不限于此。本发明的实施例还可被用于游戏系统或任何其它计算设备中用于确定该系统/设备和一个或多个物体之间的距离和/或生成供该系统/设备使用的深度图像。
尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本发明主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。更确切而言，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。本技术的范围由所附的权利要求进行定义。

Claims (15)

1.一种用于能够生成飞行时间(TOF)测量的系统中的方法，其中所述系统包括定时生成器和选择性地驱动光源发射被用于生成所述TOF测量的光脉冲的光源驱动器，所述方法包括：
(a)使用所述定时生成器来生成光定时脉冲以及对应的光参考脉冲，所述光参考脉冲具有相对于所述光定时脉冲的指定的固定延迟；
(b)将所述光定时脉冲延迟一可变延迟以生成经延迟的光定时脉冲；
(c)将经延迟的光定时脉冲提供给所述光源驱动器以生成光驱动脉冲，所述光驱动脉冲被用于驱动所述光源以致使光源发射对应的光脉冲；
(d)将所述光源驱动器所生成的光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的快门参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号；
(e)根据所述二元边沿比较信号来调整所述可变延迟；以及
随时间重复(a)生成、(b)延迟、(c)提供、(d)比较以及(e)调整，以致使所述光驱动脉冲的更多实例的边沿与所述对应的光参考脉冲的更多实例的边沿基本对准。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统还包括选择性地驱动选通光检测器的快门驱动器，所述方法进一步包括：
(f)使用所述定时生成器来生成快门定时脉冲以及对应的快门参考脉冲，所述快门参考脉冲具有相对于所述快门定时脉冲的又一固定延迟；
(g)将所述快门定时脉冲延迟又一可变延迟以生成经延迟的快门定时脉冲；
(h)将经延迟的快门定时脉冲提供给所述快门驱动器以生成快门驱动脉冲，所述快门驱动脉冲被用于驱动所述选通光检测器以快门切换打开所述选通光检测器；
(i)将所述快门驱动器所生成的快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示所述快门驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的快门参考脉冲的对应边沿的又一二元边沿比较信号；以及
(j)根据所述又一二元边沿比较信号来调整所述又一可变延迟；以及
随时间重复(f)生成、(g)延迟、(h)提供、(i)比较以及(j)调整，以致使所述经延迟的快门定时脉冲的更多实例的边沿与所述对应的快门参考脉冲的更多实例的边沿基本对准。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，被用于控制所述光源何时被驱动发射光脉冲的(a)生成、(b)延迟、(c)提供、(d)比较以及(e)调整与被用于控制所述选通光检测器何时被驱动以被快门切换打开的(f)生成、(g)延迟、(h)提供、(i)比较以及(j)调整并行执行。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括基于在所述选通光检测器被快门切换打开时入射在所述选通光检测器上的光脉冲来生成TOF测量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述选通光检测器包括光敏像素阵列，为每一个光敏像素生成TOF测量，并且其中所述方法进一步包括根据所述TOF测量来生成深度图像。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
(b)将所述光定时脉冲延迟一可变延迟以生成经延迟的光定时脉冲包括
根据所述光定时脉冲生成一个或多个斜坡信号；
将所述一个或多个斜坡信号中的每一个与一个或多个阈值电压中的对应的阈值电压作比较；以及
根据所述比较的结果来生成所述经延迟的光定时脉冲；以及
(e)调整所述可变延迟包括根据指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号来调整与所述一个或多个斜坡信号比较的一个或多个阈值电压；
(g)将所述快门定时脉冲延迟一可变延迟以生成经延迟的快门定时脉冲包括
根据所述快门定时脉冲生成又一个或多个斜坡信号；
将所述又一个或多个斜坡信号中的每一个与所述一个或多个阈值电压中的对应的阈值电压作比较；以及
根据所述比较的结果来生成所述经延迟的快门定时脉冲；以及
(j)调整所述又一可变延迟包括根据指示所述快门驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的快门参考脉冲的对应边沿的又一二元边沿比较信号来调整与所述又一个或多个斜坡信号比较的一个或多个阈值电压。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
(b)将所述光定时脉冲延迟一可变延迟以生成经延迟的光定时脉冲包括
根据所述光定时脉冲生成一个或多个斜坡信号；
将所述一个或多个斜坡信号提供给各自具有对应的阈值电压的一个或多个逻辑门；以及
使用所述一个或多个逻辑门来生成所述经延迟的光定时脉冲；以及
(e)调整所述可变延迟包括根据指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后还是领先对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号来调整所述一个或多个斜坡信号的偏置，其中调整所述一个或多个斜坡信号的偏置调整所述一个或多个斜坡信号达到用于生成所述经延迟的光定时脉冲的所述一个或多个逻辑门的对应的阈值电压所耗费的时间；
(g)将所述快门定时脉冲延迟一可变延迟以生成经延迟的快门定时脉冲包括
根据所述快门定时脉冲生成又一个或多个斜坡信号；
将所述又一个或多个斜坡信号提供给各自具有对应的阈值电压的又一个或多个逻辑门；以及
使用所述又一个或多个逻辑门来生成所述经延迟的快门定时脉冲；以及
(j)调整所述又一可变延迟包括根据指示所述快门驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的快门参考脉冲的对应边沿的又一二元边沿比较信号来调整所述又一个或多个斜坡信号的偏置，其中调整所述又一个或多个斜坡信号的偏置调整所述又一个或多个斜坡信号达到用于生成所述经延迟的快门定时脉冲的所述一个或多个逻辑门的对应的阈值电压所耗费的时间。
8.如权利要求1－7中的任一项所述的方法，其特征在于：
(b)将所述光定时脉冲延迟一可变延迟是使用电可变延迟来执行的；
(c)比较是使用边沿比较器来执行的。
9.一种系统，包括：
定时生成器；
控制器，所述控制器控制所述定时生成器来致使所述定时生成器生成光定时脉冲以及对应的光参考脉冲，所述光参考脉冲具有相对于所述光定时脉冲的指定的固定延迟；
电可变延迟，所述电可变延迟接收所述定时生成器所生成的光定时脉冲并输出经延迟的光定时脉冲；
光源驱动器，所述光源驱动器根据所述电可变延迟所输出的经延迟的光定时脉冲来生成光驱动脉冲，所述经延迟的光定时脉冲被用于驱动光源以致使所述光源选择性地发射光脉冲；以及
边沿比较器，所述边沿比较器将所述光源驱动器所生成的光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示光驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号；
其中所述电可变延迟被根据所述边沿比较器所生成的二元边沿比较信号随时间调整以致使所述光源驱动器所生成的光驱动脉冲的边沿与对应的光参考脉冲的对应边沿基本对准。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器还控制所述定时生成器以生成快门定时脉冲以及对应的快门参考脉冲，所述快门参考脉冲具有相对于所述快门定时脉冲的又一固定延迟，并且其中所述系统进一步包括：
又一电可变延迟，所述又一电可变延迟接收所述定时生成器所生成的快门定时脉冲并输出经延迟的快门定时脉冲；
快门驱动器，所述快门驱动器根据所述又一电可变延迟所输出的经延迟的快门定时脉冲来生成快门驱动脉冲，所述快门驱动脉冲被用于驱动选通光检测器以致使所述选通光检测器被选择性地开关切换打开；以及
又一边沿比较器，所述又一边沿比较器将所述快门驱动器所生成的快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿作比较以生成指示所述快门驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的快门参考脉冲的对应边沿的又一二元边沿比较信号；
其中所述又一电可变延迟被随时间调整以致使所述快门驱动器所生成的快门驱动脉冲的边沿与对应的快门参考脉冲的对应边沿基本对准；
其中所述电可变延迟、所述光源驱动器以及所述边沿比较器共同提供延迟锁定环路(DLL)；以及
其中所述又一电可变延迟、所述快门驱动器以及所述又一边沿比较器共同提供又一延迟锁定环路(DLL)。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器或又一控制器基于检测到的在所述选通光检测器被快门切换打开时入射在所述选通光检测器上的光脉冲来生成飞行时间(TOF)测量。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述选通光检测器包括光敏像素阵列，为每一个光敏像素生成TOF测量，并且其中所述控制器或又一控制器根据所述TOF测量生成深度图像。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述边沿比较器包括D触发器，所述D触发器包括接受所述光驱动脉冲的第一输入、接受对应的参考定时脉冲的第二输入、以及生成所述二元边沿比较信号的输出。
14.如权利要求9－13中任一项所述的系统，其特征在于，其中所述电可变延迟包括：
根据所述光定时脉冲生成一个或多个斜坡信号的一个或多个斜坡发生器；
将所述一个或多个斜坡信号与一个或多个阈值电压作比较并且根据所述比较的结果生成经延迟的光定时脉冲的电路；以及
根据指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号来调整与所述一个或多个斜坡信号比较的一个或多个阈值电压的电路。
15.如权利要求9－13中任一项所述的系统，其特征在于，所述电可变延迟包括：
根据所述光定时脉冲生成一个或多个斜坡信号的一个或多个斜坡发生器；
具有对应的阈值电压的一个或多个逻辑门，所述一个或多个逻辑门中的每一个接收所述一个或多个斜坡信号中的一个，并且所述一个或多个逻辑门中的每一个被用于生成所述经延迟的光定时脉冲；以及
一个或多个偏置调整器，所述一个或多个偏置调整器中的每一个根据指示所述光驱动脉冲的边沿是滞后于还是领先于对应的光参考脉冲的对应边沿的二元边沿比较信号来调整所述一个或多个斜坡信号的偏置，其中调整所述一个或多个斜坡信号的偏置调整所述一个或多个斜坡信号达到用于生成所述经延迟的光定时脉冲的所述一个或多个逻辑门的对应的阈值电压所耗费的时间。
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