CN108267749A - 校准飞行时间光学系统的光检测器 - Google Patents

校准飞行时间光学系统的光检测器 Download PDF

Info

Publication number
CN108267749A
CN108267749A CN201711451899.9A CN201711451899A CN108267749A CN 108267749 A CN108267749 A CN 108267749A CN 201711451899 A CN201711451899 A CN 201711451899A CN 108267749 A CN108267749 A CN 108267749A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
optical
time
optical head
sensitive element
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.)
Pending
Application number
CN201711451899.9A
Other languages
English (en)
Inventor
M·泽基尼
王超
E·英格利什
J·C·玛拉维拉
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.)
Analog Devices Technology
Analog Devices Global ULC
Original Assignee
Analog Devices Technology
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 Analog Devices Technology filed Critical Analog Devices Technology
Publication of CN108267749A publication Critical patent/CN108267749A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • 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
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • 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
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了校准飞行时间光学系统的光检测器。本发明涉及用于校准飞行时间成像系统的系统和方法。该系统包括容纳光发射器、光转向装置以及光敏元件的壳体。该系统还包括壳体内壁上的光波导或反射元件。可以控制光转向装置以将来自光发射器的光束转向光波导。光波导或反射元件可以将来自壳体壁上的已知位置的光波导至光敏元件。

Description

校准飞行时间光学系统的光检测器
技术领域
本发明涉及用于校准光敏元件的系统和方法，并且更具体地涉及用于校准飞行时间(ToF)成像系统的系统和方法。
背景技术
光学系统可以被配置测量场景中的物体的深度。为了测量物体的深度，系统控制器可以将光转向装置置于空间中所期望的XY点。一旦所期望的XY点被寻址，系统控制器触发驱动光源的短脉冲的产生。同时该触发信号用于指示ToF测量的START。发出的光束将在空间中传播，直到它找到反射部分光线的障碍物。反射光可以通过光敏元件检测。
然后接收到的光被放大，向模拟前端(AFE)提供电脉冲馈入，使用快速比较器以最简单的形式确定接收到的脉冲何时超过确定的阈值，或者将接收到的脉冲与发出的信号相关联。
发明内容
本发明涉及用于校准飞行时间成像系统的系统和方法。该系统包括容纳光发射器、光转向装置和光敏元件的壳体。可以控制光转向装置将来自光发射器的光束引导至反射元件。该系统还可以包括在壳体的内壁上光波导或反射元件。光波导或反射元件可以将来自壳体壁上的已知位置的光引导至光敏元件或次级光敏元件。
实施例的方面针对光学头。光学头包括光发射器、光转向装置、配置以接收反射光的光敏元件，配置以将来自光转向装置的光引导或反射到光敏元件的内部光波导或反射元件以及处理电路的光学头，处理电路配置以至少部分地基于从内部光波导或反射元件引导或反射到光敏元件的光来校准光学头。
实施例的方面针对包括光学头的飞行时间成像系统。光学头包括光放射器、光转向装置、配置以接收反射光的光敏元件以及位于光学头的内壁上并且配置以将来自光转向装置的光反射到光敏元件的光波导。飞行时间成像系统包括：处理器，处理器配置以至少部分地基于在光敏元件处接收到的、来自光波导的光来校准光学头；和控制器，控制器配置以控制光转向装置以引导来自光发射器发射的光。
实施例的各方面针对用于校准成像系统的方法。该方法可以包括在第一时间接收来自光学头的内壁上的光波导或反射元件的校准光信号；在第二时间接收对应于源自光学头和从场景反射的光的物体光信号；以及至少部分地基于校准光信号延迟与由物体反射的信号的延迟之间的时间差来校准成像系统。
附图说明
图1是根据本发明的实施例，示例成像系统的示意图。
图2是根据本发明的实施例，示例性图像转向装置的示意图。
图3A是根据本发明的实施例，光学头的第一视图的示意图。
图3B是根据本发明的实施例，光学头的第二视图的示意图。
图3C是根据本发明的实施例，光学头的另一示例实施例的示意图。
图4是根据本发明的实施例，用于校准飞行时间成像系统的示例脉冲定时的示意图。
图5A是根据本发明的实施例，用于确定成像系统的延迟时间的处理流程图。
图5B是根据本发明的实施例，用于确定物体的距离的处理流程图。
图6是根据本发明的实施例，使用校准信号来监控成像系统的光转向装置的功能性的处理流程图。
具体实施方式
本发明描述了在使用相干光传输、光转向装置以及一个或两个光敏元件的系统中连续校准飞行时间(ToF)测量的系统和方法。这里描述的校准系统利用光机械设计来提供可以通过相同的光电检测(APD/TIA)电路或附加的PD来测量的参考反射。这里描述的校准系统可以连续地校正变化。
由于成像系统和目标物体之间的相对较近距离，ToF测量可能非常短。例如，位于1米处的物体将在6.67纳秒后被检测到；因此，系统固有的延迟(例如门传播延迟、互连和失准)可能导致实际距离测量中的误差。这个延迟必须作为在系统校准期间执行的预定义偏移量来考虑。此外，该系统必须能够补偿环境条件和老化造成的变化。
图1是根据本发明的实施例，示例成像系统100的示意图。成像系统100包括光发射器102。光发射器102可以是产生在红外(IR)范围内的相干光束的光产生装置。发光器102的一些示例包括激光二极管、固态激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、窄角发光二极管(LEDs)等。成像系统100还可以包括光发射器驱动器104。光发射器驱动器104可以使用非常短的(例如，纳秒范围)高能量脉冲来驱动光发射器102。光发射器驱动器104的一些示例包括氮化镓(GaN)场效应晶体管(FETs)、专用高速集成电路(ICs)、专用集成电路(ASICs)等。在一些实施例中，驱动器104和光发射器102可以是单个装置。
成像系统100还可以包括准直透镜106。准直透镜106确保发射光的每个发射的角度尽可能彼此平行以提高空间分辨率并且确保所有发射的光通过光转向装置108传输。光转向装置108允许准直光在给定的视场(FOV)内，特定角度αX和αY内转向。光转向装置108可以是2D光转向装置，其中光可以在水平(110a，αX)和垂直(110b，αY)转向。在实施例中，光转向装置108可以是仅在一个方向(αX或αY)上转向光的1D装置。通常，光转向装置108被电控制以改变偏转角度。转向装置的一些示例有：MEMS反射镜、声学晶体调制器、液晶波导或其他类型的光转向装置。在一些实施例中，光转向装置108可以被组装在旋转平台(112)中以覆盖高达360度的视场。
成像装置100可以包括光转向装置控制器和驱动器114。光转向装置控制器114可以提供必要的电压和信号来控制转向光装置的偏转角。光转向设备控制器114还可以使用反馈信号来获知当前的偏转并且进行校正。通常，光转向装置控制器114是用于特定转向装置108设计的专用IC。
成像系统还可以包括聚光透镜120。投射在FOV(110a和110b)中的高度聚焦的光在撞击物体(180)时反射(和散射)，聚光透镜120尽可能地允许光被引导到光敏元件122的有效区域中。光敏元件122是将有效区域中接收到的光转换成可用于深度测量的电信号的装置。光敏元件的一些示例包括光电探测器、光电二极管(PDs)、雪崩光电二极管(APDs)、单光子雪崩光电二极管(SPADs)以及光电倍增管(PMTs)。
模拟前端(AFE)124在到达模数转换器(ADC)/时间数字转换器(TDC)元件之前向光电检测器产生的电信号提供调节。调节可以包括放大、整形、滤波、阻抗匹配和幅度控制。根据所使用的光电探测器，并非所有描述的信号调节都是必需的。
成像系统100可以包括飞行时间(ToF)测量单元126。ToF测量单元126使用START和STOP信号测量从光发射器102发送、到达物体180以及反射到光敏元件122的脉冲的ToF。可以使用时间数字转换器(TDC)或模数转换器(ADC)进行测量。在TDC情况下，使用快速时钟测量START和STOP之间的时间差。在ADC情况下，对光敏元件进行采样，直到检测到脉冲或经过最长时间。在两种情况下，ToF测量单元126向3D感测处理器130或应用处理器(132)提供一个或多个ToF测量结果以便进一步的数据处理和可视化/动作。
在反射光的检测之上，可以产生STOP信号(例如，STOP1或STOP2)(或换句话说，光信号的检测可能引起STOP信号的产生)。例如，可以在检测到从内部反射元件反射的或光波导引导的光时，产生STOP1；当检测到场景中的物体反射的光时可以产生STOP2。在基于TDC的系统的实施例中，可以使用由光敏元件接收的光强度值的模拟阈值来触发STOP信号。在基于ADC的系统中，检测整个光信号，并且确定电平交叉(例如，如果需要，加入滤波和插值)或者与发射的脉冲互相关。
在实施例中，可以使用定时器建立捕捉来自场景反射的光的固定的STOP时间。如果在一段固定的时间后没有收到光，定时器可以允许发生STOP。在实施例中，不止一个物体可以被逐像素照射，并且可以使用定时器使得接收第一反射光信号不会触发STOP2；相反，如果在定时器窗口内接收，则可以接收来自一个或多个物体的全部反射光。
3D感测处理器130是控制3D感测系统操作的专用处理器，例如：生成时序，为光发射器提供激活脉冲，在缓冲器中收集光强度测量结果，执行信号处理，向应用处理器发送收集的测量结果，执行校准和/或从收集的光强度测量值估计深度。
应用处理器132可以是系统中可用的处理器(例如，CPU或基带处理器)。应用处理器132控制3D感测系统130的激活/失活，并且使用3D数据来执行特定任务，例如与用户界面交互、检测物体以及导航。在一些实施例中，3D感测处理器130和应用处理器132可以由相同的装置来实现。
如上所述，光转向装置108可以包括MEMS反射镜、声学晶体调制器、液晶波导等。图2示出了示例性MEMS反射镜200。MEMS反射镜200可以是使用微型电机来控制由扭杆支撑的微型反射镜202的偏转角的小型化的机电装置。一维MEMS反射镜可以沿一个方向偏转光线，而2DMEMS反射镜可以沿着两个正交轴偏转光线。一维MEMS反射镜的典型应用是条形码扫描仪，而二维MEMS反射镜可以用于微型投影仪、平视显示器和3D感应。
通常，当以视频帧率操作时，2DMEMS镜被设计在快轴(例如，水平像素扫描)以谐振模式操作，而在慢轴(例如，垂直线扫描)以非谐振(线性)模式操作。在谐振模式下，MEMS镜以其固有频率振荡，频率取决于质量、弹簧系数和结构，镜像运动为正弦曲线，并且不能设置在特定位置。在非谐振模式下，MEMS反射镜位置与施加到微型电机的电流成正比，在这种操作模式下，反射镜可以被设置为保持在某个位置。
MEMS微电机驱动器可以是静电或电磁的。静电驱动具有驱动电压高、驱动电流小、偏转角度有限的特点。电磁驱动具有驱动电压低、驱动电流大、偏转角度大的特点。快轴通常由快轴电磁致动器206驱动(因为速度和宽FOV是最重要的)，而慢轴由慢轴静电致动器208驱动以使功耗最小化。取决于MEMS设计和应用，可以改变驱动方法。
为了根据当前反射镜位置同步光源的激活，MEMS反射镜有必要具有位置感测使得反射镜控制器204可以调整定时并且知道寻址像素或线的确切时间。处理器210可以基于反馈和从控制器204接收到的其他信息向控制器204提供指令。反射镜控制器204还可以向光发射器提供START信号(如图1所示)。
在实施例中，光转向装置可以包括液晶(LC)波导光偏转器。LC波导芯可以是为不同的波长应用而设计的硅或玻璃。当光耦合到波导时，大部分光将被限制并且在核心区域内传播。
液晶层设计为上包层，它具有非常大的电光效应。当施加外部电场时，液晶层的折射率将会改变，这将导致整个波导的等效折射率的也变化。
LC波导包括分别针对水平和垂直光偏转指定的两个区域。
至于水平偏转，当施加电场时，电极模式可以产生具有等效棱镜形状的折射率变化区域，这可以引入光波前的光学相位差，从而使传播方向偏转。偏转角度由折射率变化决定，折射率变化由电场幅度控制。
在垂直区域中，因为下包层是锥形的，所以光被耦合到衬底上。耦合角度由波导和衬底的等效折射率决定。衬底的折射率是恒定的，而波导随施加的电场而变化。因此，不同的施加电压将导致不同的垂直和/或水平偏转角。
输出光束准直良好。所以不需要额外的准直光学元件。
在一些实施例中，光转向装置可以包括光学相位阵列(OPA)。OPA是固态技术，模拟雷达，集成了大量的、用于调谐光波长的纳米天线，天线阵列可以通过热变化调整每个天线的相位来动态塑造射束轮廓。
通过改变通过波导的光波的相对定时和使用热光相移控制来执行光束方向的改变。OPA的结构可以被简化为耦合到沿着光学阵列的侧面的运行的波导中的相干光，光渐逝地耦合到一系列分支中，这些分支具有沿着光路逐渐增加的耦合长度以便每个分支接收等量的功率。每个波导分支依次渐逝地耦合到一系列单位单元，耦合长度以相同方式调整使得OPA阵列中的所有单元接收相同的输入功率。
然后将阵列在具有可调相位延迟的较小电触点阵列里细分以便可以控制天线输出。当小的电流流过光学延迟线时温度升高，导致热光相移漂移。调整天线的相移可以在X和Y方向上转向和整形发射的光。
替代的OPA实现既控制热光学又控制光波长以便在X和Y方向上引导光，在这样的实现中，热光学被用于控制通过波导的光的波前，而波长的变化将产生不同的衍射角光栅。
光转向装置的其他例子可以包括声晶体调制器(ACM)、压电转向反射镜(PZT)、液晶光学相位调制器(LCOS)等。
图3A是根据本发明的实施例，包括用于校准成像系统的光导的光学头300的示意图。光学头300包括光发射器驱动器104驱动的光发射器102(例如相干光发射器)和产生光束的准直器106。如上所述，光学头300还包括光转向装置108。光学头300还包括具有会聚透镜120的光敏元件122和模拟前端(AFE)124。
光学头300包括机械壳体302，机械壳体302包含光发射器、光敏元件122以及图3A中描述的其他部件。机械壳体302包括用于来自光转向装置108的光离开的开口306和用于光进入以撞击光敏元件122(通过会聚透镜120)的另一个开口308。
光转向装置108的开口306被设计为足够大以覆盖所需的视场(FOV)，但是如果光转向装置将光引导超出所需的视场，则可以被设计(或定位)以阻止光离开壳体302。
在实施例中，壳体302的内壁可以包括例如，当光转向装置108将光引导超过所需的FOV时，将光引导至光敏元件122，策略性地放置的光波导304。可以将波导放置在内壁上以便在αX和/或αY方向转向上，引导从光发射器发射的光。图3B示出了光学头300的内视图。可以将光波导312a和光波导312b放置在壳体302的内壁上，以便将来自光发射器的αY射线引导到光敏元件122。
在操作中，光转向装置108可以在已知时间引导超出所需FOV的光。作为示例，如果执行图像检测的所需FOV是15度，例如为了校准目的，光转向装置108可以将光转向附加5度。在一些实施例中，光转向装置108可以将光转向附加3度，例如，留下2度的缓冲用于光转向装置108的安全或重新配置。在实施例中，光转向装置108可以超过操作范围过度驱动，将光转向到内部壳体壁或波导304(或波导312a或312b等)以将光反射到光敏元件122。
当控制光转向装置108将光转向到波导304、312a、312b时，光敏元件122将检测光敏元件122接收的校准信号，校准信号因从光发射器发射的和从波导304的反射的光的内部反射和(STOP1)而产生；当光转向装置108被控制在开口306内转向光时，光脉冲随后被光敏元件122接收，该光脉冲来自目标(STOP2)的反射(假设存在反射的物体)。两个光脉冲都源自光发射器102。因为STOP1脉冲是因位于不变位置特征产生的(即壳体302的内壁上的波导304，或者位于开口306和开口308之间的任何点)，可以使用从START信号定时到STOP1定时测量的延迟来确定由用于计算ToF测量的成像系统引起的内部延迟。可以使用延迟时间忠实地跟踪成像系统中随时间的变化和漂移。
在实施例中，校准信号可以用于监测转向装置108是否正常工作。例如，如果没有检测到预期的校准信号，则成像系统100可以确定光转向装置可能没有正常工作。使用扫描镜作为例子，如果扫描镜不能旋转超过所需的FOV角度，则例如用于成像处理132的3D感测处理器130或专用集成电路(ASIC)可以确定扫描镜没有正常工作。在实施例中，校准信号也可以用作故障安全机制。例如，如果扫描镜没有移动，则光敏元件122检测不到校准信号。系统可以确定扫描镜被卡住，并且关闭光发射器102。在光发射器是激光或其他相干光源的实施例中，恒定的光辐射可能对人或动物有害。因此，在没有按预期接收校准(例如，每1秒或10秒)的情况下，系统可以终止发光。
在实施例中，可以使用校准信号同步反射镜运动与光发射。校准信号的检测可以被认为是确定反射镜位置的校准点。基于检测到反射镜位置的定时，光发射器可以在期望的时间内同步发射光以撞击反射镜。
图3C是根据本发明的实施例，包括用于校准成像系统的反射涂层的光学头350的示意图。光学头350类似于光学头300。在实施例中，反射处理354可以被添加到窗口306的框架。第二光敏元件352被放置在光学头中以检测来自反射涂层的杂散光(即，光通过反射处理反射回到壳体腔中)。如下所述，光敏元件352检测到的光信号可以用作校准信号。
图4是根据本发明的实施例，用于校准飞行时间成像系统的示例性脉冲定时400的示意图。在图4中，在START时间发射光脉冲402。在正常操作条件下，光转向装置指向开口区域306内，从场景中的目标物体反射的光将被光敏元件122检测为STOP2脉冲，START和STOP2之间的时间差是物体往返行程距离测量tmeas。在校准期间，光转向装置指向开口306的外部，其中发射脉冲可以到达反射器或光波导，光将在内部被引导到光敏元件122且被接收为STOP1脉冲，START和STOP1间的时间差是校准时间tcal减去tmeas。
START信号的上升沿与STOP1信号的上升沿之间的时间被称为tcal406，它表示校准时间测量。校准时间测量值tcal406包括内部电路延迟(tdly)408引起的时间延迟和当转向装置指向波导(tmech)410时，光到达光电检测器所需时间。时间tmech410是不变的延迟，它取决于因光波导304、312a、312b的长度或内部光反射器距离distmech而产生的机械设计。时间tmeas412是由内部电路延迟(tdly)408和测量的物体的距离乘以2(t2xobj)414引起的从START的上升沿到STOP2的时间。由于distmech是已知的设计参数，并且tdly在目标物体和校准测量之间进行测量和相等，目标物体距离可以补偿电路时间变化和漂移。
以下是可以用于使用上述时间测量来确定物体的距离的示例关系：
tcal＝tmech+tdly–>tcal是START与STOP1间的时间差；
已知且是光学头的内部壳体上的点与光电探测器之间的不变的距离；c是光的速度；
用tmech替代：
tmeas＝t2xobj-tdly–>START到STOP2的测量；
替代tdly:
图5A是根据本发明的实施例，用于校准成像系统的处理流程图500。可以超出预定的所需视场(FOV)驱动光转向装置以将输出对准光学头(502)的内壁上的光波导。在发射第一光脉冲前，可以将光转向装置预置为过转向。在预定的时间间隔内，光转向装置将光转向光头壳体的内壁。如上所述，光学头壳体可以包括用于将来自光转向装置的光引导至光敏元件的光波导。可以从光学头(504)的光发射器发射第一光脉冲。第一光脉冲可以在START时间发射。
可以使用光敏器件(506)检测第一光脉冲。可以使用波导将第一光脉冲引导到光敏元件。可以在第二时间接收第一光脉冲(例如，触发STOP1时间)。
成像系统的处理器可以基于STOP1时间与START时间之间的差以及光脉冲穿过光波导的输出与光敏元件(508)之间的光路所花费的时间来确定延迟时间)。
图5B是根据本发明的实施例，用于确定物体距离的处理流程图550。可以控制光转向装置以将输出对准场景的物体(552)。光发射器可以向光转向装置发射第二光脉冲(554)。光敏元件可以在第二时间接收物体的反射(556)。成像系统的处理器可以基于第二时间和在处理流程500中确定的延迟时间来确定物体的距离(558)。
图6是根据本发明的实施例，用于监视成像系统的光转向装置的功能的处理流程图600。光脉冲可以从光学头的光发射器发射(602)。可以指示光转向装置将光引导超过预定的所需视场(FOV)以便将发射的光引导到光学头的内壁(604)。在发射第一光脉冲之前，可以将光转向装置预先配置成过转向。在预定的时间间隔内，光转向装置将光转向光头壳体的内壁。如上所述，光学头壳体可以包括用于将来自光转向装置的光引导至光敏元件的光波导。
无论什么时候，处理器，AFE或其他图像处理装置可以都确定是否光敏元件(606)接收到校准信号。如果接收到校准信号，则处理器可以使用校准信号来校准成像系统(608)。如果没有接收到校准信号，则处理器可以通知光发射器关闭(610)。

Claims (20)

1.光学头包括：
光发射器；
光转向装置；
配置以接收反射光的光敏元件；
所述光学头内壁上的反射装置，配置以将来自所述光转向装置的光反射到所述光敏元件的光波导；以及
配置以至少部分基于从所述光波导引导到所述光敏元件的所述光以校准所述光学头的处理电路。
2.如权利要求1所述的光学头，其中所述光转向装置被配置将从所述光发射器接收的光引导到所述光波导。
3.如权利要求1所述的光学头，其中所述反射元件包括光波导。
4.如权利要求1所述的光学头，其中所述反射元件包括所述光转向装置的光路内的开口的框架上的反射涂层，和
其中所述光敏元件被置于所述光学头内以便接收从所述反射涂层反射的光。
5.如权利要求1所述的光学头，其中所述处理电路被配置以基于在所述光敏元件处接收的来自所述光波导的第一光信号和基于在所述光敏元件处接收的来自场景中物体的第二光信号校准所述光学头。
6.如权利要求1所述的光学头，其中所述光转向装置包括扫描微镜、液晶波导或光学参量放大器中的一个。
7.如权利要求1所述的光学头，还包括壳体，所述壳体包括：
配置以允许来自所述光转向装置的光离开所述光学头的第一开口；
配置以允许光进入所述光学头并且可以被所述光敏元件接收的第二开口；以及
位于所述第一开口与所述第二开口之间的内部壳体壁，其中所述光波导位于所述内部壳体壁上。
8.飞行时间成像系统包括：
光学头，包括：
光发射器；
光转向装置；
配置以接收反射光的光敏元件；和
位于所述光学头的内壁上且配置以将来自所述光转向装置的光反射到所述光敏元件的光波导；
配置以至少基于在所述光敏元件处接收的来自所述光波导的所述光校准所述光学头；以及
配置以控制所述光转向装置以便引导来自所述光发射器发射的光的控制器。
9.如权利要求8所述的飞行时间成像系统，其中所述控制器配置以使所述光转向装置预定的时间间隔将源自所述光发射器光引导到所述光波导或所述内部光波导。
10.如权利要求8所述的飞行时间成像系统，其中所述图像处理器配置以至少部分地基于从所述物体反射的和所述光敏元件接收的光估计场景中物体的深度。
11.如权利要求8所述的飞行时间成像系统，其中所述处理电路配置以至少部分基于在所述光敏元件处接收到的来自所述光波导的第一光信号和基于在所述光敏元件处接收的来自场景中物体的第二光信号来校准所述光学头。
12.如权利要求8所述的飞行时间成像系统，其中所述光转向装置包括扫描镜，并且所述控制器配置以使所述扫描镜偏转到预定的偏转角度以将来自所述光发射器的光引导到所述光波导。
13.如权利要求8所述的飞行时间成像系统，其中所述光学头还包括壳体，所述壳体包括：
配置以允许来自所述光转向装置的光离开所述光学头的第一开口；
配置以允许光进入所述光学头且被所述光敏元件接收的第二开口；以及
位于所述第一开口与所述第二开口之间的壳体内壁，其中所述光波导位于所述壳体内壁上。
14.用于校准成像系统的方法，所述方法包括：
在第一时间向所述成像系统的光学头的内壁上的光波导发射光脉冲；
在第二时间，在光电探测器处，接收来自所述光波导的校准光信号；
基于所述第一时间和所述第二时间之间的差，确定校准时间；
基于所述光波导和所述光电探测器之间的距离，确定机械时间；以及
至少部分基于所述校准时间和所述机械时间，确定所述光学头的延迟时间。
15.如权利要求15所述的方法，还包括：
向场景中的物体发射光脉冲；
在第三时间接收来自所述物体的反射光；以及
至少部分基于所述第三时间和所述延迟时间，确定自所述光学头，所述物体的距离。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
先于在所述第一时间发射光的所述脉冲，使得光转向装置将光脉冲引导到所述光波导；和
先于向所述场景发射光的所述脉冲，使得所述光转向装置将第二光脉冲引导到所述场景的所述物体。
17.如权利要求14所述的方法，还包括：
确定在预期的时间间隔内没有接收到所述校准光信号；
至少部分基于所述校准光信号没有接收到，确定所述光转向装置没有工作；以及
基于确定所述光转向装置没有工作，终止所述光发射器。
18.如权利要求14所述的方法，还包括：
接收所述校准光信号；
确定接收所述校准光信号的时间；
使接收所述校准光信号的所述时间与所述光转向装置的位置相互关联；以及
基于所述校准光信号，将光发射器与所述光转向装置同步。
19.如权利要求14所述的方法，其中确定机械时间差包括确定光在所述光波导的所述输出与所述光敏元件之间的光路行进所需的时间量。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述光波导与所述光电探测器之间的所述距离是预定距离。
CN201711451899.9A 2016-12-30 2017-12-28 校准飞行时间光学系统的光检测器 Pending CN108267749A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/395,589 2016-12-30
US15/395,589 US20180189977A1 (en) 2016-12-30 2016-12-30 Light detector calibrating a time-of-flight optical system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108267749A true CN108267749A (zh) 2018-07-10

Family

ID=62568067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711451899.9A Pending CN108267749A (zh) 2016-12-30 2017-12-28 校准飞行时间光学系统的光检测器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20180189977A1 (zh)
CN (1) CN108267749A (zh)
DE (1) DE102017130401A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109901184A (zh) * 2019-03-25 2019-06-18 Oppo广东移动通信有限公司 飞行时间组件、终端及飞行时间组件的控制方法
CN111624612A (zh) * 2019-02-19 2020-09-04 光宝电子(广州)有限公司 飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11914768B2 (en) 2017-01-20 2024-02-27 Adhawk Microsystems Inc. Resonant light scanner having drive-frequency control based on an electrical parameter
US11435823B2 (en) 2017-01-20 2022-09-06 AdHawk Microsystems Eye-tracker with improved beam scanning and method therefor
US10824229B2 (en) * 2017-01-20 2020-11-03 AdHawk Microsystems System and method for resonant eye-tracking
US11048327B2 (en) 2017-12-28 2021-06-29 AdHawk Microsystems Timer-based eye-tracking
KR102630250B1 (ko) * 2018-10-05 2024-01-29 엘지이노텍 주식회사 깊이 정보를 획득하는 방법 및 카메라 모듈
DE102019101966A1 (de) * 2019-01-28 2020-07-30 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Positionserfassungseinrichtung für eine Lichtsignalumlenkeinrichtung einer optischen Messvorrichtung zur Erfassung von Objekten, Lichtsignalumlenkeinrichtung, Messvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Positionserfassungseinrichtung
CN109901142B (zh) * 2019-02-28 2021-03-30 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 一种标定方法及装置
DE102019106135A1 (de) * 2019-03-11 2020-09-17 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zum Betreiben eines optischen Messsystems zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin, Steuer- und Auswerteeinrichtung eines optischen Messsystems und optisches Messsystem
US11467270B2 (en) * 2019-03-27 2022-10-11 Asmpt Singapore Pte. Ltd. Apparatus and method for calibrating or testing an imaging device
KR20210022401A (ko) 2019-08-20 2021-03-03 삼성전자주식회사 라이다 장치 및 그 동작 방법
US20230117191A1 (en) 2020-03-13 2023-04-20 Analog Devices International Unlimited Company Detecting temperature of a time of flight (tof) system laser
WO2022016277A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 Leddartech Inc. Systems and methods for wide-angle lidar using non-uniform magnification optics
CA3194223A1 (en) * 2020-07-21 2021-10-06 Leddartech Inc. Beam-steering device particularly for lidar systems
EP4185924A1 (en) 2020-07-21 2023-05-31 Leddartech Inc. Beam-steering device particularly for lidar systems
US11586285B2 (en) 2021-02-17 2023-02-21 Adhawk Microsystems Inc. Methods and systems for forming images of eye features using a non-imaging, scanning-MEMS-based eye-tracking system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070215787A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Beam irradiation apparatus
US20140291491A1 (en) * 2012-03-22 2014-10-02 Primesense Ltd. Calibration of time-of-flight measurement using stray reflections
US20150369920A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-24 Funai Electric Co., Ltd. Electronic apparatus and method for measuring direction of output laser light
US20160097844A1 (en) * 2013-06-26 2016-04-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Distance measuring system and imaging sensor
CN105518480A (zh) * 2013-06-14 2016-04-20 微软技术许可有限责任公司 使用查找表进行深度图纠正
US20160124089A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-05 Cedes Safety & Automation Ag Absolute distance measurement for time-of-flight sensors
CN105763788A (zh) * 2014-08-29 2016-07-13 全视科技有限公司 用于飞行时间成像系统的校准电路及方法
CN106104296A (zh) * 2014-03-14 2016-11-09 赫普塔冈微光有限公司 包括飞行时间传感器的光学成像模块和光学检测模块

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7262765B2 (en) * 1999-08-05 2007-08-28 Microvision, Inc. Apparatuses and methods for utilizing non-ideal light sources
TWI420081B (zh) * 2010-07-27 2013-12-21 Pixart Imaging Inc 測距系統及測距方法
US8836920B2 (en) * 2013-02-05 2014-09-16 Nen-Tsua Li Structure of an optical path for laser range finding

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070215787A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Beam irradiation apparatus
US20140291491A1 (en) * 2012-03-22 2014-10-02 Primesense Ltd. Calibration of time-of-flight measurement using stray reflections
CN105518480A (zh) * 2013-06-14 2016-04-20 微软技术许可有限责任公司 使用查找表进行深度图纠正
US20160097844A1 (en) * 2013-06-26 2016-04-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Distance measuring system and imaging sensor
CN106104296A (zh) * 2014-03-14 2016-11-09 赫普塔冈微光有限公司 包括飞行时间传感器的光学成像模块和光学检测模块
US20150369920A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-24 Funai Electric Co., Ltd. Electronic apparatus and method for measuring direction of output laser light
CN105763788A (zh) * 2014-08-29 2016-07-13 全视科技有限公司 用于飞行时间成像系统的校准电路及方法
US20160124089A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-05 Cedes Safety & Automation Ag Absolute distance measurement for time-of-flight sensors

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111624612A (zh) * 2019-02-19 2020-09-04 光宝电子(广州)有限公司 飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统
CN109901184A (zh) * 2019-03-25 2019-06-18 Oppo广东移动通信有限公司 飞行时间组件、终端及飞行时间组件的控制方法
CN109901184B (zh) * 2019-03-25 2021-12-24 Oppo广东移动通信有限公司 飞行时间组件、终端及飞行时间组件的控制方法
US11650292B2 (en) 2019-03-25 2023-05-16 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Time of flight assembly for controlling laser light source to be turned off, terminal device and control method for time of flight assembly

Also Published As

Publication number Publication date
US20180189977A1 (en) 2018-07-05
DE102017130401A1 (de) 2018-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108267749A (zh) 校准飞行时间光学系统的光检测器
JP7130813B2 (ja) 飛行時間深度測定のためのリアルタイム較正
US10330780B2 (en) LIDAR based 3-D imaging with structured light and integrated illumination and detection
CN110914705B (zh) 用于集成lidar照明功率控制的设备、系统和方法
JP7019894B2 (ja) 物体を感知する方法及びセンサシステム
WO2020077514A1 (zh) 一种激光雷达系统
US9689667B2 (en) System, method and computer program for receiving a light beam
US7554652B1 (en) Light-integrating rangefinding device and method
JP7242849B2 (ja) 再帰反射体のマッピングのための方法およびシステム
US20160003944A1 (en) Distance Measuring Device
CA2716980C (en) Light-integrating rangefinding device and method
US20190212420A1 (en) LIDAR System Having a Movable Fiber
WO2020223879A1 (zh) 一种测距装置及移动平台
US20190212547A1 (en) Fiber-based laser scanner
CN111308498A (zh) 一种三维成像激光雷达装置
CN114930191A (zh) 激光测量装置及可移动平台
US11914076B2 (en) Solid state pulse steering in LiDAR systems
CN117930259A (zh) 激光雷达系统及其校准方法和训练方法
CN117490596A (zh) 具有光纤网络的扫描测量装置

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180710