CN110389333B - 第一光子相关飞行时间传感器 - Google Patents

第一光子相关飞行时间传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN110389333B
CN110389333B CN201910319997.XA CN201910319997A CN110389333B CN 110389333 B CN110389333 B CN 110389333B CN 201910319997 A CN201910319997 A CN 201910319997A CN 110389333 B CN110389333 B CN 110389333B
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
light
flip
flop
timing signal
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
CN201910319997.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110389333A (zh
Inventor
奥利维尔·布尔蒂尔
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.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Omnivision Technologies Inc
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 Omnivision Technologies Inc filed Critical Omnivision Technologies Inc
Publication of CN110389333A publication Critical patent/CN110389333A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110389333B publication Critical patent/CN110389333B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • 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
    • 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
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • 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
    • G01S7/486—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
    • 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
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0977—Reflective elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02027—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for devices working in avalanche mode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • G01J2001/4466—Avalanche
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2200/00—Indexing scheme for image data processing or generation, in general
    • G06T2200/08—Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving all processing steps from image acquisition to 3D model generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本公开涉及一种第一光子相关飞行时间传感器。飞行时间TOF传感器包含光源、多个雪崩光电二极管和多个脉冲发生器。控制电路耦合到所述光源、所述多个雪崩光电二极管和所述多个脉冲发生器，且所述控制电路包含当由所述控制电路执行时引起所述飞行时间传感器执行操作的逻辑。所述操作包含从所述光源发射光，和运用所述多个雪崩光电二极管接收从对象反射的所述光。多个脉冲从对应于接收所述光的个别雪崩光电二极管的个别脉冲发生器输出，且时序信号在所述多个脉冲在时间上重叠时输出。计算当所述多个雪崩光电二极管中的第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间。

Description

第一光子相关飞行时间传感器
技术领域
本公开大体上涉及光学传感器。具体地说，本发明的实例涉及飞行时间传感器。
背景技术
随着三维(3D)应用程序的普及性在例如成像、电影、游戏、计算机、用户接口、面部辨识、对象辨识、扩增实境等领域持续增长，对3D相机的关注日益增加。创建3D图像的典型被动方式为使用多个相机捕获立体图像或多个图像。使用立体图像，图像中的对象可经三角形化以创建3D图像。此三角化技术的一个缺点是难以使用小装置创建3D图像，这是因为在每一相机之间必须存在最小间隔距离以便创建三维图像。另外，此技术是复杂的且因此需要显著计算机处理功率以便实时地创建3D图像。
对于要求实时地获取3D图像的应用，有时使用基于飞行时间测量的主动深度成像系统。飞行时间相机通常采用引导对象处的光的光源、检测从对象反射的光的传感器，以及基于光往返于对象所花费的往返时间计算到对象的距离的处理单元。
获取3D图像的持续挑战是将飞行时间相机的所要性能参数与系统的物理大小和功率约束条件进行平衡。举例来说，意在用于对附近对象和远处对象进行成像的飞行时间系统的功率要求可显著不同。这些挑战被外在参数(例如，相机的所要帧速率、深度分辨率和横向分辨率)和内在参数(例如，传感器的量子效率、填充因数、抖动和噪声)进一步复杂化。
发明内容
本公开的一个实施例提供一种飞行时间(TOF)传感器，其包括：光源，其经构造以发射光；多个雪崩光电二极管，其经构造以接收所述光；多个脉冲发生器，其中所述多个脉冲发生器中的个别脉冲发生器耦合到所述多个雪崩光电二极管中的个别雪崩光电二极管；及控制电路，其耦合到所述光源、所述多个雪崩光电二极管及所述多个脉冲发生器，其中所述控制电路包含当由所述控制电路执行时引起所述飞行时间传感器执行操作的逻辑，所述操作包含：从所述光源发射所述光；运用所述多个雪崩光电二极管接收从对象反射的所述光；响应于运用所述多个雪崩光电二极管接收到所述光，从对应于接收所述光的所述个别雪崩光电二极管的所述个别脉冲发生器输出多个脉冲；响应于输出所述多个脉冲，当所述多个脉冲在时间上重叠时输出时序信号；及响应于所述时序信号，计算当所述多个雪崩光电二极管中的第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间。
本公开的另一实施例提供一种计算飞行时间(TOF)的方法，其包括：从光源发射光；运用多个雪崩光电二极管接收从对象反射的所述光；响应于运用所述多个雪崩光电二极管接收到所述光，从耦合到接收所述光的个别雪崩光电二极管的个别脉冲发生器输出多个脉冲；响应于输出所述多个脉冲，当所述多个脉冲在时间上重叠时输出时序信号，且其中所述时序信号运用控制电路生成；响应于所述时序信号，计算当所述多个雪崩光电二极管中的第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间；及使用所述当所述第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间计算所述飞行时间。
附图说明
参考以下图式描述本发明的非限制性且非穷尽性的实例，其中除非另外规定，否则在各视图通篇中相同的附图标记指代相同的部分。
图1是根据本公开的教示的展示飞行时间(TOF)传感器的一个实例的图。
图2说明来自并非图1的传感器的实例飞行时间传感器的飞行时间数据。
图3A到3B展示根据本公开的教示的可实施于图1的飞行时间传感器中的逻辑和逻辑时序的实例。
图4描绘根据本公开的教示的可包含在图1的飞行时间传感器中的额外逻辑的实例。
图5说明根据本公开的教示的计算飞行时间的实例方法。
对应的参考标号在图式的若干视图通篇中指示对应的组件。熟练的技术人员应了解，图中的元件仅为简单和清晰起见而进行说明，但不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件加以放大以有助于改进对本发明的各种实施例的理解。并且，通常未描绘在商业可行的实施例中有用或必需的常见但众所周知的元件，以便促进本发明的这些各种实施例的遮挡较少的视图。
具体实施方式
本文中描述用于第一光子相关飞行时间传感器的设备和方法的实例。在以下描述中，陈述众多具体细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在没有所述具体细节中的一或多个的情况下或使用其它方法、组件、材料等实践本文中所描述的技术。在其它情况下，未展示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以免使某些方面混淆。
在本说明书通篇中参考“一个实例”或“一个实施例”意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇中在各种位置中出现短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必都是指同一个实例。此外，在一或多个实例中，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合。
单光子雪崩光电二极管(SPAD)是光电二极管，其在其雪崩点周围偏压以吸收且检测单光子。当SPAD在盖革模式(Geiger mode)中适当地偏压时(其中反向电压高于雪崩击穿值)，其等待电荷进入其内部电场且触发雪崩。每一雪崩都会生成脉冲。由于SPAD具有<100ps的内抖动，因此SPAD可用于具有高精确度的时间测量。
通常，飞行时间图像传感器通过发射光(例如，光的相关脉冲，其可来自如激光二极管的单色光源等等)而起作用。光脉冲由图像传感器或相机反射且接收。光子从系统行进到对象且返回到系统的飞行时间经测量且用于确定距离。参见例如图1和用于飞行时间系统的一个实例的相关联论述。
与入射光的吸收无关的自由电荷载流子有时可在经偏压半导体材料(例如，硅、锗等)中生成。这些载流子可以被称作“暗计数率”(DCR)的速率随机地生成。类似地，背景光光子也可在曝光期间在任何时间(随机地)被吸收。背景光光子出现率取决于照明度(泊松分布)而或多或少为随机的且对于相同背景照明下的像素应不同。当从系统中的光源发射的光的返回脉冲击中传感器时，同步光光子出现。因此，此并非随机的且对于接收同一信号的像素应为类似的。
通过在大量帧上对N个SPAD的群组的所有输入求和，可获得用于同质场景的数据的直方图(参见例如图2)。然而，背景光及/或DCR还会在随机时间引起SPAD击穿，其在完整集成周期内或多或少同等地分布。使用用于飞行时间(TOF)距离测量的SPAD通常意指处理归因于背景光及DCR的许多数据。在一些SPAD飞行时间传感器中，装置可采用大量帧来构建直方图(参见例如图2)且将返回信号与背景及DCR进行区分。然而，此需要存储及处理数据，且对直方图进行筛选以在所有数据当中找到信号峰值。这些步骤可能需要许多存储及处理功率。此外，通过对填充有噪声的直方图进行平均化，有可能计算出用于返回信号的错误估计。
因此，此处提议计算重叠(相关)脉冲(响应于SPAD接收到光子而生成)以便缩减误差及计算飞行时间及后续距离测量所需的处理功率。此通过输出用于相关脉冲的时序信号来达成。另外，本公开进一步计算反射光脉冲中的第一光子被接收的时间和反射光脉冲中的最后一个光子被接受的时间。此可通过测量时序信号的上升沿和下降沿来达成。如果已知用于第一光子和最后一个光子的时序，那么所述系统可测量相关性(第一光子与最后一个光子之间的时间)。此指示目标的反射率且为LiDAR应用中所期望的。
图1是根据本公开的教示的展示飞行时间系统100的一个实例的框图。飞行时间系统100包含光源102、透镜116、多个像素120(包含第一像素122)及控制器126(其包含控制电路、存储器等)。控制器126耦合到光源102和多个像素120(包含第一像素122)。多个像素120定位于距透镜116的焦距flens处。如实例中所展示，光源102和透镜116定位于距对象130的距离L处。应了解，图1并非按比例说明且在一个实例中焦距flens基本上小于透镜116与对象130之间的距离L。因此，应了解，出于本公开的目的，距离L与距离L+焦距flens出于根据本发明的教示的飞行时间测量的目的基本上相等。如所说明，多个像素120及控制器126经表示为单独组件。然而，应了解，多个像素120及控制器126均可整合到同一经堆叠芯片传感器上且还可包含时数转换器(或多个时数转换器，其中四个或多于四个SPAD的每一像素与多个时数转换器中的对应时数转换器相关联)。在其它实例中，多个像素120及控制器126可经整合到非堆叠式平坦传感器上。还应了解，每一像素(或甚至每一SPAD)可具有用于存储数字位或信号以用于对检测到的光子进行计数的对应的存储器。
飞行时间系统100可以是3D相机，其运用多个像素120基于飞行时间测量计算待成像的场景(例如，对象130)的图像深度信息。多个像素120中的每一像素确定用于对象130的对应部分的深度信息，使得可生成对象130的3D图像。通过测量光从光源102传播到对象130且返回到飞行时间系统100的往返时间来确定深度信息。如所说明，光源102(例如，垂直空腔表面发射激光器)经配置以历经距离L将光104发射到对象130。经发射光104接着作为反射光110从对象130反射，反射光中的一些朝向飞行时间系统100传播距离L且作为图像光入射到多个像素120上。多个像素120中的每一像素(例如，第一像素122)包含光电检测器(例如，一或多个单光子雪崩二极管)以检测图像光且将所述图像光转换成电信号(例如，图像电荷)。
如所描绘的实例中所展示，用于经发射光104的脉冲从光源102传播到对象130且返回到多个像素120的往返时间可用于使用以下等式(1)及(2)中的以下关系来确定距离L：
Figure GDA0004087195010000041
Figure GDA0004087195010000051
其中c是光速，其大约等于3×108m/s，且TTOF对应于往返时间，其是光的脉冲往返于如图1中所展示的对象所花费的时间量。因此，一旦已知往返时间，那么可计算距离L且其随后用于确定对象130的深度信息。控制器126耦合到多个像素120(包含第一像素122)及光源102，且包含在被执行时引起飞行时间系统100执行用于确定往返时间的操作的逻辑。
如所展示，个别像素(例如，第一像素122)可包括耦合到猝熄电路(例如，电阻器R(Q))的SPAD，且模数电压转换器(在当前实例中表示为反相器)耦合在SPAD与猝熄电路之间。如图108中所展示，当接收到光子时，较大电压降(例如，V(OUT))出现在SPAD中，但接着电压经由猝熄电路返回到稳态电压。数字波形响应于出现在二极管中的雪崩击穿而从模数转换器输出。
在一些实例中，飞行时间传感器100包含在手持型装置(例如，移动电话、平板计算机、相机等)中，所述手持型装置具有大小及至少部分地基于装置的大小而确定的功率约束。或者或另外，飞行时间系统100可具有具体的所要装置参数，例如帧率、深度分辨率、横向分辨率等。在一些实例中，飞行时间传感器100包含在LiDAR系统中。
图2说明展示来自并非图1的传感器的实例飞行时间传感器的所有光子的总和的直方图200。如图2中所展示且如上文所描述，通过在大量帧上对N个SPAD的群组的所有输入进行求和，可获得数据的直方图200。所描绘的实例表示来自100个帧上的四个SPAD的数据。如所展示，返回光信号在对应于区间90的时间出现。背景光及/或DCR在随机时间引起触发，其从0到100个区间在完整集成周期内或多或少同等地分布。因此，如所说明，使用用于飞行时间距离测量的SPAD通常意指处理归因于背景光及DCR的许多数据，这是由于系统需要采用大量帧以构建直方图200且将返回信号与背景光及DCR进行区分。此需要许多存储及处理功率。如下文所描述，根据本公开的教示的实例提供可与图1中的系统一起使用的架构，以便避免存储大量的数据作为直方图，并且还缩减计算飞行时间测量所需的处理功率。
图3A展示根据本公开的教示的可实施于图1的飞行时间传感器中的逻辑300A和逻辑时序300B的一个实例。所描绘的逻辑300A和逻辑时序300B使得飞行时间数据的分区不必要且因此减少用于系统的所需存储及处理，因为不会生成直方图数据(如图2中所描绘的直方图数据)。通过使用光子到达时间相关性，所述系统能够抑制背景噪声和DCR数据的量。应了解，此处且其它地方展示的“逻辑”可以硬件、软件或两者的组合实施。
如逻辑图300A中所展示，每一SPAD(例如，SPAD 1到4)耦合到相应脉冲发生器301A到301D。如所展示，来自SPAD的每一雪崩事件由脉冲发生器301A到301D接收，且所述脉冲发生器输出具有具体宽度(TWIN)的脉冲。所述脉冲接着由两个NAND门303A及303B接收，且NAND门303A及303B的输出由NOR门305接收。因此，所述系统接着仅处理来自脉冲发生器的输出的重叠：有效地对所有输入进行AND门控(所属领域的技术人员将了解AND(A,B,C,D)＝NOR[NAND(A,B),NAND(C,D)])。因此所有SPAD输出仅在来自脉冲发生器的脉冲在时间上重叠的情况下发出脉冲。通过这样做，所述系统仅接受在TWIN间隔内(且因此相关)的脉冲。所述系统还可接受限制较少的组合。4输入逻辑图有可能具有用于重叠输入脉冲的数目的可变阈值。所属领域的普通技术人员将了解，逻辑图300A仅为一个实例逻辑图，且存在可达成相同或类似结果的许多等效电路。此外，所述图使用四个SPAD，且对于具有多于四个SPAD的架构，将需要验证额外组合，这需要额外逻辑。
时序图300B中描绘逻辑300A的操作，其中发射光脉冲(例如，来自IR激光器)且经接收光脉冲入射到传感器上。在当前状况下，重叠脉冲的检测的阈值已经设定为二。因此，所述系统将仅在两个输入的任一组合在TWIN间隔内相关的情况下进行处理。如所展示，SPAD1(例如，归因于杂散光或DCR)随机地击穿，与经接收光脉冲何时击中相机无关。SPAD 2归因于来自经接收光脉冲的光子而击穿(从而产生“相关脉冲”中的一个)。SPAD 3还归因于来自经接收光脉冲的光子而击穿。如同SPAD 1，SPAD 4随机地击穿(例如，归因于杂散光或DCR)，但不在接收到光脉冲时。不管个别SPAD何时或为什么击穿，其相应脉冲发生器(例如，脉冲发生器301A到301D)将输出电气脉冲。因为在所描绘的实例中，SPAD 2和3在间隔TWIN内(在时间上)紧密在一起击穿，所以由其相应脉冲发生器发射的脉冲在一时间段内重叠。因此，“所有SPAD输出”(例如，NOR门305)发出时序信号(例如，AND(PULSE 2,PULSE 3))。由于其它脉冲(脉冲1及4)并不在同一时间窗内出现，因此不会因这些脉冲输出任何内容。因此，所述系统将仅当多个SPAD在短TWIN时间窗内击穿时(例如，当光脉冲由传感器系统接收时)输出时序信号。因此不需要分区或过度处理，这是由于所述系统仅在接收到实际反射光脉冲时记录光脉冲。换句话说，仅针对已在间隔TWIN内触发/击穿的SPAD输出的数据将由一或多个时数转换器(TDC)处理。
在所描绘的实例中，使用四个SPAD的丛集。这四个SPAD的丛集可形成单一像素以与一或多个TDC一起使用。然而，所属领域的技术人员将了解，根据本公开的教示，任何数目的SPAD可与一或多个TDC一起使用(例如，每一TDC六个SPAD，每一TDC八个SPAD等)。在一芯片中，将存在SPAD的许多丛集。举例来说，在一些飞行时间传感器中，可存在(320×240)个SPAD，且2×2个SPAD的丛集可形成像素。因此，所述系统具有160×120＝19200个像素。
图3B描绘类似于图3A中的时序图300B的时序图300C。然而，图3B展示电路的时序，所述电路具有均在一起经门控的六个SPAD(不仅仅是四个)。在所描绘的实例中，需要三个SPAD均在TWIN的时间间隔内启动以生成时序信号。并且，时序图300C已经标注以更好地说明时序信号的上升沿和下降沿可用于计算运用SPAD接收第一光子的时间和运用SPAD接收最后一个光子的时间的方式。应了解，根据本公开的教示，此信息可用于计算反射率。
如所展示，t1是最后一个光子的到达时间(上升沿)，其引起产生时序信号；t2是第一光子的经生成脉冲的下降沿，其引起时序信号结束。因此，t2-TWIN是第一光子的到达时间。因此，已知第一光子和最后一个光子击中六像素系统的到达时间，所述到达时间在TWIN内与3次的出现次数相关。如果所述系统仅测量ALL_SPAD_OUT的上升沿，那么其仅测量最后一个光子的到达时间(其可为适用的)。然而，在一些实例中，第一脉冲到达时间可为优选的。通过测量下降沿且知晓TWIN(参见例如在图4中校准测试结构413)，所述系统可获取第一光子的到达时间。可通过从最后一个光子的到达时间减去第一光子的到达时间来计算所述相关性(即，单个TWIN中的第一光子与最后一个光子之间的时间)。此可指示目标的反射率且是LiDAR应用中高度所期望的。
图4描绘根据本公开的教示的可包含在图1的飞行时间传感器中的额外逻辑400。如所描绘，可存在任何数目的AND门403(参见例如图3)，其响应于SPAD击穿及通过多个脉冲发生器的后续脉冲生成(例如，所描绘的脉冲0到脉冲N)而输出时序信号(“CORR_OUT”)。AND门403耦合到两个时数转换器(TDC)409A和409B。AND门403还耦合到第一D触发器405A、第二D触发器407A、第三D触发器405B和第四D触发器407B。一或多个反相器在第一D触发器405A与AND门403之间。第二D触发器407A耦合到第一D触发器405A以接收锁定信号。类似地，第四D触发器407B耦合到第三D触发器405B以接收锁定信号。应了解，一旦读出有效的时序信号，那么所描绘的逻辑可锁定(例如，不输出任何更多飞行时间测量)，即使额外时序信号从AND门403输出。这使得系统需要最小存储(因为每一TDC 409A及409B仅计算一次飞行时间测量)。一旦第一D触发器405A、第二D触发器407A、第三D触发器405B和第四D触发器407B接收到复位信号，那么可执行后续飞行时间测量。在一些实例中，逻辑400可在传感器中重复自身多次，且每一TDC 409A或409B具有24位或更少(例如，12位)的存储。
通过具有连续k个微型帧的方案，装置确保在所有微型帧之后的所有像素的有效返回信号。如前所述，一旦有效信号到达，TDC 409A、409B将锁定，且如果剩余的微型帧出现第二有效时序信号，那么将阻止TDC 409A、409B改写。应了解，所述系统可重复许多微型帧且在所有微型帧之后一次读出所有数据。每一微型帧将包含SPAD复位及光脉冲发射，且接着包含曝光。由于锁定TDC 409A及409B，如前所述，因此不需要累积额外内部数据。所述系统还节省功率，这是由于TDC 409A及409B不执行针对其它冗余数据或背景光子的计算。
在所描绘的实例中，TDC 409A及409B还耦合到数字核心411，其可计算第一光子的到达时间、最后一个光子的到达时间和相关性(其可用于计算目标的反射率)。数字核心411可包含微控制器等等，且可具有存储器，例如RAM、ROM等等。如上文所陈述，为了执行所有这些计算，系统可能必须知道从脉冲发生器输出的实际脉冲宽度。因此，校准测试结构413耦合到数字核心411且对所述系统进行校准以知道TWIN的真实值。
图5说明根据本公开的教示的计算飞行时间的实例方法500。所属领域的技术人员将了解，方法500中的框501到509可按任何次序且甚至并行地发生。此外，根据本公开的教示，框可添加到方法500或从方法500去除。
框501展示从经构造以发射光的光源(例如，具有正确带隙的二极管)发射光。在一些实例中，运用激光发射器发射光，所述光可为可见的(例如，红色激光、绿色激光或蓝色激光)或可为不可见的(例如，红外激光或紫外激光)。在其它实例中，可采用非激光二极管。在一些实例中，控制电路(例如，含有上文所描述的逻辑的具体处理器、通用处理器等等)耦合到光源以控制光源且以在操作期间预定义或确定的间隔发射光脉冲(取决于环境光条件，从光源发射的光脉冲的类型和频率可改变)。
框503说明运用多个雪崩光电二极管接收从对象反射的光脉冲，所述多个雪崩光电二极管经构造以接收光(例如，应用于光电二极管的正确偏压电压，且光电二极管包含具有适当带隙的半导体)。从对象反射的个别光子可引起多个雪崩光电二极管击穿。此可引起二极管中的模拟电压降。接着可运用耦合到多个雪崩光电二极管的猝熄电路来猝熄所述电压降。所述猝熄可使雪崩光电二极管的内部电压返回到基线电平。
框505展示响应于运用多个雪崩光电二极管接收到光而从耦合到多个雪崩光电二极管中的个别雪崩光电二极管的个别脉冲发生器输出多个脉冲。输出脉冲的个别脉冲发生器耦合到接收光的个别雪崩光电二极管。个别脉冲发生器的一个实例可以是反相器，且当横跨雪崩光电二极管的电压降达到某一阈值时，反相器输出数字信号。数字信号的宽度可响应于模拟信号高于(或低于)反相器的阈值的时间量(参见例如图1)。在其它实例中，其它电路可用于生成具有预定固定脉冲宽度的脉冲。应了解，脉冲宽度可经预编程到装置中或可根据使用调整(例如，由用户，自动取决于光条件等等)。
框507说明响应于输出多个脉冲，当多个脉冲在时间上重叠时从控制电路输出时序信号。举例来说，像素中的若干雪崩光电二极管可在大致同一时间接收光子(和击穿)，其相应个别脉冲发生器可输出脉冲，且所述脉冲在时间上重叠。因此，控制电路接着将在所述脉冲在时间上重叠的时间段期间输出时序信号(参见例如图3时序图300B“所有SPAD输出”)。因此，在一些实例中，时序信号具有等于或小于从多个脉冲发生器输出的多个脉冲的固定脉冲持续时间的持续时间。
在一些实例中，输出时序信号可包含运用耦合到多个脉冲发生器的AND门接收多个脉冲，且AND门输出时序信号。应了解，多个AND门可包含耦合到一或多个NOR门的多个NAND门，或其它等效/类似逻辑结构。
框509展示响应于时序信号，计算当多个雪崩光电二极管中的第一雪崩光电二极管接收光时的时间。应了解，时序信号具有上升沿和下降沿，且多个脉冲具有固定脉冲持续时间。因此，通过从出现时序信号的下降沿的时间减去固定脉冲持续时间计算当第一雪崩光电二极管接收光时的时间。
框511描绘使用当第一雪崩光电二极管接收光时的时间计算飞行时间。在一些实例中，还可能计算多个光电二极管中的最后一个雪崩光电二极管接收光的时间。这是因为时序信号的上升沿是在最后一个雪崩光电二极管击穿时。虽然在一些实例中优选的可能是计算接收第一光子而非最后一个光子的时间，但在其它实例中，计算两个时间可为适用的。如果所述系统使用两个沿(此可能需要两个TDC，参见例如图4)，那么所述系统可测量相关性(单个TWIN中的第一光子与最后一个光子之间的时间)且此指示目标的反射率且在LiDAR应用中为所期望的。换句话说，所述系统可计算第一雪崩光电二极管接收光的时间与最后一个雪崩光电二极管接收光的时间之间的时间差，作为测量反射率的方式。
如上文所陈述，在一些实例中，计算飞行时间包含使用经耦合以接收时序信号且包含在控制电路中的第一时数转换器(TDC)和第二TDC。另外，控制电路可包含第一D触发器和第二D触发器，所述第二D触发器耦合到第一D触发器以从所述第一D触发器接收锁定信号。且第二D触发器耦合到第一TDC。类似地，第四D触发器可耦合到第三D触发器以从第三D触发器接收锁定信号。且第四D触发器耦合到第二TDC。
对本发明的所说明实例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)并不意图是穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文中出于说明性目的描述了本发明的具体实例，但是在本发明的范围内，各种修改是可能的，如相关领域的技术人员将认识到。
可鉴于以上详细描述对本发明作出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中公开的具体实例。确切地说，本发明的范围应完全由所附权利要求书确定，应根据权利要求解释的已确立的原则来解释所附权利要求书。

Claims (19)

1.一种飞行时间传感器，其包括：
光源，其经构造以发射光；
多个雪崩光电二极管，其经构造以接收所述光；
多个脉冲发生器，其中所述多个脉冲发生器中的个别脉冲发生器耦合到所述多个雪崩光电二极管中的个别雪崩光电二极管；及
控制电路，其耦合到所述光源、所述多个雪崩光电二极管和所述多个脉冲发生器，其中所述控制电路包含当由所述控制电路执行时引起所述飞行时间传感器执行操作的逻辑，所述操作包含：
从所述光源发射所述光；
运用所述多个雪崩光电二极管接收从对象反射的所述光；
响应于运用所述多个雪崩光电二极管接收到所述光，从耦合到接收所述光的所述个别雪崩光电二极管的所述个别脉冲发生器输出多个脉冲，其中所述多个脉冲是从包含在所述个别脉冲发生器中的不同脉冲发生器输出的；
响应于输出所述多个脉冲，当所述多个脉冲在时间上重叠时输出时序信号；及
响应于所述时序信号，计算当所述多个雪崩光电二极管中的第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间。
2.根据权利要求1所述的飞行时间传感器，其中所述时序信号具有上升沿和下降沿，且其中所述多个脉冲具有固定脉冲持续时间，且其中通过从所述时序信号的所述下降沿出现的时间减去所述固定脉冲持续时间而计算所述当所述第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间。
3.根据权利要求2所述的飞行时间传感器，其中所述时序信号具有等于或小于从所述多个脉冲发生器输出的所述多个脉冲的所述固定脉冲持续时间的持续时间。
4.根据权利要求1所述的飞行时间传感器，其中所述控制电路进一步包含当由所述控制电路执行时引起所述飞行时间传感器执行操作的逻辑，所述操作包含：
响应于所述时序信号，计算所述多个雪崩光电二极管中的最后一个雪崩光电二极管接收所述光的时间。
5.根据权利要求4所述的飞行时间传感器，其中所述控制电路进一步包含当由所述控制电路执行时引起所述飞行时间传感器执行操作的逻辑，所述操作包含：
计算所述第一雪崩光电二极管接收所述光的时间与所述最后一个雪崩光电二极管接收所述光的时间之间的时间差。
6.根据权利要求1所述的飞行时间传感器，其中所述控制电路包含多个AND门以输出所述时序信号。
7.根据权利要求6所述的飞行时间传感器，其中所述多个AND门包含耦合到一或多个NOR门的多个NAND门。
8.根据权利要求1所述的飞行时间传感器，其中所述控制电路进一步包含当由所述控制电路执行时引起所述飞行时间传感器执行操作的逻辑，所述操作包含：
运用所述控制电路使用所述时序信号计算飞行时间。
9.根据权利要求8所述的飞行时间传感器，其中使用经耦合以接收所述时序信号且包含在所述控制电路中的第一时数转换器和第二时数转换器计算所述飞行时间。
10.根据权利要求9所述的飞行时间传感器，其中所述控制电路包含：
第一D触发器；
第二D触发器，其耦合到所述第一D触发器以从所述第一D触发器接收锁定信号，且其中所述第二D触发器耦合到所述第一时数转换器；
第三D触发器；及
第四D触发器，其耦合到所述第三D触发器以从所述第三D触发器接收锁定信号，且其中所述第四D触发器耦合到所述第二时数转换器。
11.一种计算飞行时间(TOF)的方法，其包括：
从光源发射光；
运用多个雪崩光电二极管接收从对象反射的所述光；
响应于运用所述多个雪崩光电二极管接收到所述光，从耦合到接收所述光的个别雪崩光电二极管的个别脉冲发生器输出多个脉冲，其中所述多个脉冲是从包含在所述个别脉冲发生器中的不同脉冲发生器输出的；
响应于输出所述多个脉冲，当所述多个脉冲在时间上重叠时输出时序信号，且其中所述时序信号运用控制电路生成；
响应于所述时序信号，计算当所述多个雪崩光电二极管中的第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间；及
使用所述当所述第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间计算所述飞行时间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述时序信号具有上升沿和下降沿，且其中所述多个脉冲具有固定脉冲持续时间，且其中通过从所述时序信号的所述下降沿出现的时间减去所述固定脉冲持续时间而计算所述当所述第一雪崩光电二极管接收所述光时的时间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述时序信号具有等于或小于从所述多个脉冲发生器输出的所述多个脉冲的所述固定脉冲持续时间的持续时间。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括响应于所述时序信号计算所述多个雪崩光电二极管中的最后一个雪崩光电二极管接收所述光的时间。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括计算所述第一雪崩光电二极管接收所述光的时间与所述最后一个雪崩光电二极管接收所述光的时间之间的时间差。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制电路包含多个AND门以输出所述时序信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个AND门包含耦合到一或多个NOR门的多个NAND门。
18.根据权利要求11所述的方法，其中计算所述飞行时间包含使用经耦合以接收所述时序信号且包含在所述控制电路中的第一时数转换器和第二时数转换器。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述控制电路包含：
第一D触发器；
第二D触发器，其耦合到所述第一D触发器以从所述第一D触发器接收锁定信号，且其中所述第二D触发器耦合到所述第一时数转换器；
第三D触发器；及
第四D触发器，其耦合到所述第三D触发器以从所述第三D触发器接收锁定信号，且其中所述第四D触发器耦合到所述第二时数转换器。
CN201910319997.XA 2018-04-20 2019-04-19 第一光子相关飞行时间传感器 Active CN110389333B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/958,434 2018-04-20
US15/958,434 US10497738B2 (en) 2018-04-20 2018-04-20 First photon correlated time-of-flight sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110389333A CN110389333A (zh) 2019-10-29
CN110389333B true CN110389333B (zh) 2023-06-30

Family

ID=68236525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910319997.XA Active CN110389333B (zh) 2018-04-20 2019-04-19 第一光子相关飞行时间传感器

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10497738B2 (zh)
CN (1) CN110389333B (zh)
TW (1) TWI743471B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10775486B2 (en) * 2018-02-15 2020-09-15 Velodyne Lidar, Inc. Systems and methods for mitigating avalanche photodiode (APD) blinding
US10497738B2 (en) 2018-04-20 2019-12-03 Omnivision Technologies, Inc. First photon correlated time-of-flight sensor
US11029397B2 (en) * 2018-04-20 2021-06-08 Omnivision Technologies, Inc. Correlated time-of-flight sensor
JP6909929B2 (ja) * 2018-05-30 2021-07-28 株式会社ニコンビジョン 光検出装置及び方法並びに測距装置及び方法
US11644551B2 (en) * 2020-03-30 2023-05-09 Semiconductor Components Industries, Llc Lidar systems with improved time-to-digital conversion circuitry
CN111366944B (zh) * 2020-04-01 2022-06-28 浙江光珀智能科技有限公司 一种测距装置和测距方法
CN111443356B (zh) * 2020-04-15 2022-06-07 北京雷瑟瑞达科技有限公司 一种基于单光器件兼顾距离感知和成像的电路系统及设备
US20220308189A1 (en) * 2021-03-24 2022-09-29 Samsung Electronics Co., Ltd. LOW POWER LiDAR SYSTEM WITH SMART LASER INTERROGRATION
BE1029563B1 (nl) * 2021-07-05 2023-02-06 Voxelsensors Srl Pixel array met dynamische laterale en temporele resolutie
BE1029775B9 (nl) * 2021-09-21 2023-10-09 Voxelsensors Srl Persistentiefiltering bij spd arrays
CN114185057B (zh) * 2021-11-10 2024-05-17 华为技术有限公司 一种探测方法、装置和终端

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202013101039U1 (de) * 2013-03-11 2014-03-12 Sick Ag Optoelektronischer Sensor zur Entfernungsmessung
CN106463565A (zh) * 2013-11-22 2017-02-22 幻影国际有限公司 激光雷达扫描仪校准
DE102017101501B3 (de) * 2017-01-26 2018-01-04 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts in einem Überwachungsbereich

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6522395B1 (en) 1999-04-30 2003-02-18 Canesta, Inc. Noise reduction techniques suitable for three-dimensional information acquirable with CMOS-compatible image sensor ICS
JP4712365B2 (ja) * 2004-08-13 2011-06-29 ルネサスエレクトロニクス株式会社 不揮発性半導体記憶装置および半導体記憶装置
KR100638747B1 (ko) * 2004-12-28 2006-10-30 주식회사 하이닉스반도체 반도체 기억 소자의 클럭 생성 장치 및 방법
JP4679498B2 (ja) * 2006-12-11 2011-04-27 富士通株式会社 アバランシェフォトダイオードのバイアス制御回路
US8278819B2 (en) * 2007-03-09 2012-10-02 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Organic electroluminescence device and display
DE102010061382B4 (de) * 2010-12-21 2019-02-14 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten
EP2495783A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-05 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Light-emitting device and method of manufacturing the same
GB2492848A (en) 2011-07-15 2013-01-16 Softkinetic Sensors Nv Optical distance measurement
KR20140070595A (ko) * 2011-09-13 2014-06-10 오에스아이 옵토일렉트로닉스 개선된 레이저 레인지파인더 센서
FR2984522B1 (fr) * 2011-12-20 2014-02-14 St Microelectronics Grenoble 2 Dispositif de detection de la proximite d'un objet, comprenant des photodiodes spad
WO2013104717A1 (en) 2012-01-10 2013-07-18 Softkinetic Sensors Nv Improvements in or relating to the processing of time-of-flight signals
US8642938B2 (en) * 2012-01-13 2014-02-04 Omnivision Technologies, Inc. Shared time of flight pixel
US8686367B2 (en) * 2012-03-01 2014-04-01 Omnivision Technologies, Inc. Circuit configuration and method for time of flight sensor
US9523765B2 (en) * 2014-07-14 2016-12-20 Omnivision Technologies, Inc. Pixel-level oversampling for a time of flight 3D image sensor with dual range measurements
US9791568B2 (en) 2014-12-31 2017-10-17 Stmicroelectronics, Inc. Device for determining the distance to an outer surface of a roll of material and related method
EP3185039B1 (en) * 2015-12-23 2021-09-08 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Apparatus and method for range detection and communication
EP3258228B1 (de) 2016-06-17 2018-05-09 Sick Ag Lichtempfänger mit lawinenphotodioden im geiger-modus und verfahren zum auslesen
KR20180012059A (ko) * 2016-07-26 2018-02-05 삼성전자주식회사 라이다 장치 및 거리 측정 방법
US10557925B2 (en) * 2016-08-26 2020-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Time-of-flight (TOF) image sensor using amplitude modulation for range measurement
US11303859B2 (en) * 2016-09-29 2022-04-12 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Time of flight sensing for brightness and autofocus control in image projection devices
US10291895B2 (en) 2016-10-25 2019-05-14 Omnivision Technologies, Inc. Time of flight photosensor
US10132921B2 (en) * 2016-11-02 2018-11-20 Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd Light communications receiver and decoder with time to digital converters
US10034111B1 (en) 2017-05-11 2018-07-24 Stmicroelectronics, Inc. TOF based gain control
CN107425847B (zh) * 2017-07-17 2020-07-14 南京邮电大学 一种基于脉冲上升沿触发的电荷转移型模拟计数读出电路
US11221400B2 (en) 2018-03-27 2022-01-11 Omnivision Technologies, Inc. Dual mode stacked photomultipliers suitable for use in long range time of flight applications
US10497738B2 (en) 2018-04-20 2019-12-03 Omnivision Technologies, Inc. First photon correlated time-of-flight sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202013101039U1 (de) * 2013-03-11 2014-03-12 Sick Ag Optoelektronischer Sensor zur Entfernungsmessung
CN106463565A (zh) * 2013-11-22 2017-02-22 幻影国际有限公司 激光雷达扫描仪校准
DE102017101501B3 (de) * 2017-01-26 2018-01-04 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts in einem Überwachungsbereich

Also Published As

Publication number Publication date
US20200058698A1 (en) 2020-02-20
TWI743471B (zh) 2021-10-21
US11119196B2 (en) 2021-09-14
US10497738B2 (en) 2019-12-03
TW201946403A (zh) 2019-12-01
US20190326347A1 (en) 2019-10-24
CN110389333A (zh) 2019-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110389333B (zh) 第一光子相关飞行时间传感器
CN110389358B (zh) 相关飞行时间传感器
CN108061603B (zh) 飞行时间光传感器
US10681295B2 (en) Time of flight camera with photon correlation successive approximation
US20230176223A1 (en) Processing system for lidar measurements
CN110308451B (zh) 适用于远程飞行时间应用的双模式堆叠光电倍增管
US9819930B2 (en) Time of flight imaging with improved initiation signaling
KR20210080584A (ko) 디지털 픽셀
US11474215B2 (en) Neuromorphic single photon avalanche detector (SPAD) array microchip
Gyongy et al. Direct time-of-flight single-photon imaging
CN111103057B (zh) 具有使用基于电容器的比较器的阈值检测的光子感测
US11626446B2 (en) Pixel circuit and method of operating the same in an always-on mode
WO2021113001A1 (en) Configurable array of single-photon detectors
Beer et al. Modelling of SPAD-based time-of-flight measurement techniques
CN114829970A (zh) 飞行时间成像电路、飞行时间成像系统和飞行时间成像方法
US11849229B2 (en) Image capturing apparatus having photon detection and control method therefor
Chen et al. 2D and 3D integrated image sensor with a bus-sharing mechanism
Kumar et al. Low power time-of-flight 3D imager system in standard CMOS

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