CN110476130A - 用于执行飞行时间测量的技术 - Google Patents

Abstract

在一些实施例中，测量系统可以包括时间到数字转换器(TDC)，所述时间到数字转换器(TDC)被配置为确定其接收到命令信号的第一数字化时间和其接收到警报信号的第二数字化时间。第一数字化时间和第二数字化时间可以针对N个迭代被确定。命令信号可以按照延迟时间被延迟，并且延迟时间可以针对N个迭代中的每一个被改变。测量系统可以包括第一动态光电二极管(DPD)，所述第一动态光电二极管(DPD)被配置为基于命令信号而从反向偏置模式切换到激活模式。TDC可以针对N个迭代中的每一个计算第一数字化时间与第二数字化时间之间的差，并且差可以随着延迟时间被改变而改变。

Description

用于执行飞行时间测量的技术

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月7日提交的美国专利申请No.15/481,784的优先权，该申请的内容通过引用全文结合于此。

技术领域

本公开大体上涉及距离测量系统和方法，并且更具体地，涉及用于执行飞行时间测量的技术。

背景技术

通常的飞行时间测量系统可以使用从感测装置的输出电流取得的时间测量来确定到对象的距离。然而，使用输出电流可能产生许多挑战。例如，输出电流可能与某些互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器不兼容并且可能在测量系统内引起高电压。此外，使用输出电流可能会降低对背景光的测量灵敏度并且在处理大像素尺寸时引入噪声。另外，这样的系统可以利用模拟处理，这也可以将噪声引入系统。

鉴于前述内容，可以理解，可能存在对改进飞行时间测量的效率和性能的系统和方法的需求。

发明内容

公开了用于执行飞行时间测量的技术。在一些实施例中，测量系统可以包括时间到数字转换器(TDC)，所述时间到数字转换器(TDC)可以被配置为确定其接收到命令信号的第一数字化时间和其接收到警报信号的第二数字化时间。第一数字化时间和第二数字化时间可以针对N个迭代被确定。命令信号可以按照延迟时间被延迟。延迟时间可以针对N个迭代中的每一个被改变。测量系统可以包括第一动态光电二极管(DPD)，所述第一动态光电二极管(DPD)可以被配置为基于命令信号而从反向偏置模式切换到激活模式。第一DPD可以进一步被配置为在激活模式下受到光时输出输出电流。警报信号可以基于输出电流。TDC可以针对N个迭代中的每一个计算第一数字化时间与第二数字化时间之间的差。差可以随着延迟时间被改变而改变。

在一些实施例中，测量系统可以进一步包括可以被配置为确定第一数字化时间与第二数字化时间之间的差被最小化的迭代的延迟时间的控制器。

在一些实施例中，控制器可以基于第一数字化时间与第二数字化时间之间的差被最小化的迭代的延迟时间来确定测量。

在一些实施例中，测量可以是距离测量。

在一些实施例中，距离测量可以通过计算L＝(T_light·c)/2来确定，其中，L是距离测量，T_light是第一数字化时间与第二数字化时间之间的差被最小化的延迟时间并且c是光速。

在一些实施例中，命令信号可以是包括第一命令信号和第二命令信号的复用信号，并且第一命令信号可以对应于第一DPD并且第二命令信号可以对应于第二DPD。

在一些实施例中，命令信号可以被解复用，并且第一命令信号可以被发送到第一DPD并且第二命令信号可以被发送到第二DPD。

在一些实施例中，警报信号可以是包括第一警报信号和第二警报信号的复用信号，其中第一警报信号可以对应于第一DPD并且第二警报信号可以对应于第二DPD。

在一些实施例中，命令信号可以指定可能用于将第一DPD从反向偏置模式切换到激活模式的可能需要的驱动电压。

在一些实施例中，命令信号可以指定用于将第一DPD从反向偏置模式切换到激活模式的可能需要的第一驱动电压和用于将第二DPD从第二反向偏置模式切换到第二激活模式的可能需要的第二驱动电压。

在一些实施例中，测量系统可包括处理器和存储能够由处理器执行的指令的存储器。指令可以包括确定第一时间，所述第一时间可以是从光被光源发射时到驱动电压被施加到动态光电二极管(DPD)时的时间。驱动电压可以正向偏置DPD。指令可以包括确定第二时间，所述第二时间可以是从驱动电压被施加到DPD时到DPD输出输出电流时的时间。输出电流可以指示在DPD被正向偏置时由DPD感测的入射光。指令可以包括针对N个迭代确定第一时间以及确定第二时间。N可以大于1。第一时间可以针对每一个迭代而被改变；指令可以包括确定最小化的第二时间，所述最小化的第二时间可以是所确定的第二时间的全部中的最小的，确定对应于最小化的第二时间的第一时间，并且基于可对应于最小化的第二时间的第一时间来确定距离。

在一些实施例中，测量可以是距离测量。

在一些实施例中，距离测量可以通过计算L＝(T_light·c)/2来确定，其中，L是距离测量，T_light是对应于最小化的第二时间的第一时间并且c是光速。

在一些实施例中，通过增加每个迭代中的第一时间，第一时间可以针对每一个迭代被改变。

在一些实施例中，迭代数量可以是预定的数量。

在一些实施例中，指令可以包括确定可以被配置为在第一方向上控制振荡镜的第一控制信号。

在一些实施例中，指令可以包括确定可以被配置为在第二方向上控制步进镜的第二控制信号。

在一些实施例中，第一控制信号和第二控制信号可以被配置为将振荡镜的移动与步进镜同步。

在一些实施例中，第一方向可以是垂直方向并且第二方向可以是水平方向。

在一些实施例中，第一方向可以是水平方向并且第二方向可以是垂直方向。

现在将参考附图中所示的特定实施例更详细地描述本公开。尽管下面参考特定实施例描述了本公开，但是应该理解，本公开不限于此。能够使用本文教导的本领域普通技术人员将认识到在本文所述的本公开的范围内的并且关于其本公开可能具有重要的实用性的附加的实现、修改和实施例以及其他领域的使用。

附图说明

为了促进对本公开的更全面的理解，现在参考附图，附图中相似的元件用相似的标记指代。这些附图不应被理解为限制本公开，而是仅旨在说明。

图1A图示了动态光电二极管(DPD)性能的图表。

图1B图示了触发时间对比延迟时间的图表。

图1C图示了触发时间对比延迟时间的理论和测量曲线之间的比较。

图2图示了根据本公开的实施例的包括单个DPD的飞行时间系统。

图3图示了根据本公开的实施例的包括多个DPD并且使用复用/解复用操作的飞行时间系统。

图4图示了根据本公开的实施例的包括多个DPD并且使用并行操作的飞行时间系统。

图5A图示了根据本公开的实施例的飞行时间系统的实现的概要。

图5B图示了根据本公开的实施例的光源的示例性扫描图案。

图6图示了根据本公开的实施例的用于飞行时间系统的实现的系统。

图7图示了根据本公开的实施例的飞行时间处理步骤的示例性流程图。

具体实施方式

图1A图示了表示根据本公开的实施例的动态光电二极管(DPD)性能的图表。特别地，图1A图示了从诸如激光器的光源发射的光、由从环境中的一个或多个对象反射的发射光引起的反射光以及根据本公开的实施例的从环境中的一个或多个对象反射的DPD感测光的响应之间的关系。首先，参考图1A的图表(i)，如光源脉冲(a)所表示的，光源可以传送发射光的脉冲。光源可以是激光光源或能够发射光脉冲的任何光源。发射光的脉冲可以被发射到环境中并且与环境中的一个或多个对象相互作用。在发射光与环境中的一个或多个对象相互作用之后，来自一个或多个对象的反射光可以被发射。参考图表(ii)，如脉冲(b)反射的，反射光可以从一个或多个对象反射并入射在DPD的光感测区域上。从脉冲(a)到脉冲(b)的时间差是T_light并且表示光源发射光的时间与光入射到DPD的光感测区域上的时间之间的延迟。

参考图表(iii)，图示了从光源发射(图表(i)，脉冲(a))经过反射光入射(图表(ii)，脉冲(b))以及其后的DPD性能。特别地，图示了DPD感测反射光的驱动电压V和输出电流I。驱动电压V可以是DPD的阳极和阴极之间的电压差。输出电流I可以是在电流正从DPD的阳极或阴极中的一个处输出时测量的电流。最初，V和I都可以为零。V和I的初始电平可以是因为DPD是反向偏置的并且可能不具有施加到所述DPD上的驱动电压V。因此，在这种状态下，DPD可能不会感测入射光并且输出电流I可能为零。如图表(iii)所示，从光源发射光的时间起时间(t)之后(例如，从图表(i)的脉冲(a)起时间(t)之后)，如图表(iii)上的点(c)所示，驱动电压V可以处于高状态。高状态可以是将DPD置于正向偏置、激活模式的驱动电压。DPD现在可以感测入射在所述DPD的光感测区域上的光。DPD可以在反射光入射到DPD的光感测区域上之前(例如，在脉冲(b)之前)或者至少在DPD能够检测入射在DPD的光感测区域上的反射光时(例如，在所述DPD能够检测脉冲(b)时的事件时)被置于激活模式。从驱动电压V将DPD置于激活模式的时间(例如，点(c))起触发时间(T₁)之后，DPD可以在点(d)时输出指示由DPD感测的来自一个或多个对象的反射光的量的输出电流I。

在DPD用于捕获来自一个或多个对象的反射光时，图1A中描述的过程可以被多次迭代，其中时间(t)针对每一个迭代改变。因此，如图表(iii)上的点(c)所示，(t)的这种改变可以改变从光源发射光(例如，图表(i)的脉冲(a))的时间到DPD的电压处于激活状态的时间的延迟。可以针对每一个迭代的时间(t)记录触发时间T₁。在执行多个迭代之后，T₁被最小化并且DPD仍然是正向偏置并且能够感测脉冲(b)时的事件的时间(t)对应于T_light。T_light可以被确定并且在进一步的计算中被使用。

例如，使用以下等式，T_light可用于确定环境中的一个或多个对象与DPD之间的距离L：

L＝(T_light·c)/2

其中L是环境中的一个或多个对象与DPD之间的距离，T_light是如上所述的并且c是光速。图1A所图示的DPD性能因此使用触发时间T₁来确定距离L。因为其提供时域测量，所以这是有利的。在本公开的实施例中，该计算可以在不使用模拟放大的系统中执行并且可以使用时间到数字转换(TDC)而不是模拟到数字转换(ADC)。因此，由于计算中的模拟处理，可能不存在或减少了增加的噪声的量并且减少了误匹配和背景光干扰的量。相对于其他转换技术，TDC约束也可能不那么严格。

图1B图示了触发时间T₁对比延迟时间T_light的理论图表。如图1B所示，随着光源发射光的时间与光入射到DPD上的时间之间的延迟增加(例如，随着T_light增加)到时间(t)，触发时间T1可以减少到最小值T_{1_min}。然而，随着T_light继续增加超过时间(t)，触发时间T₁可能增加。图1B的意义是其图示了在触发时间T₁最小时，T_light等于时间(t)。因此，如之前所讨论的，时间(t)和触发时间T₁可以用于确定T_light并且T_light可以用于确定距离L。

图1C图示了触发时间T₁对比T_light的理论与测量曲线之间的比较。测量曲线被标识为曲线(i)。理论曲线被标识为曲线(ii)。如图1C所示，测量和理论曲线彼此相对应并且彼此非常相似。曲线的凹性质可能是由入射在DPD上的弱反射信号引起的。在存在弱反射信号时，T₁可以变为接近自触发时间，所述自触发时间是不存在反射信号时的触发时间并且形成触发时间测量的上界。弱反射信号可另外解释与曲线(i)相关联的噪声。

图2图示了根据本公开的实施例的包括单个DPD的飞行时间系统200。系统200包括控制器202。控制器202可以由一个或多个微控制器、处理器或微处理器形成。控制器202可以包括一个或多个存储器装置，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、磁盘驱动器、光盘驱动器、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)或任何其他存储器和存储器的组合。一个或多个微控制器、处理器或微处理器可以实现存储在存储器装置中的一个或多个上的算法、指令和/或程序以执行本公开的各种过程。控制器202可以从系统200中的部件发送和接收各种信号。另外，虽然图2(以及图3和图4)图示了各种部件，但是应当理解，这样的部件的功能可以体现在执行提供这样的功能并被存储在一个或多个存储器装置中的指令的一个或多个处理器中。

如图2所示，控制器202可以将命令信号CMD1发送到脉冲发生器204。命令信号CMD1可以指定关于系统200中的光源208应该如何发射光的信息。例如，CMD1可以指定由光源208发射的光的脉冲宽度和/或脉冲幅度。CMD1可以指定用于多个脉冲或用于单个脉冲的光的脉冲宽度和/或脉冲幅度。

脉冲发生器204可以从控制器202接收CMD1并且可以确定应该由光源208发射的光脉冲的种类。例如，脉冲发生器204可以根据CMD1确定脉冲宽度和/或脉冲幅度。基于该确定，脉冲发生器204可以将光脉冲参数发送到驱动器206。然后，驱动器206可以驱动光源208以输出脉冲210。脉冲210可以被输出并且可以从环境中的一个或多个对象反射以产生入射光218。

光源208可以是发射红外(IR)光脉冲的激光器。替选地，光源208可以是发射除IR光脉冲之外的光的光源装置。例如，光源208可以是发射以来自除红外波长范围之外的光谱的各部分的波长为特征的光脉冲的激光装置。光源208可以是能够产生光的短、中和长脉冲的光源。光源208可以发射可见光或不可见光。

在控制器202将CMD1发送到脉冲发生器204的同时或基本上相同的时间，命令信号CMD2可以从控制器202被发送到可编程延迟发生器212。CMD2可以指定(参考上面关于图1的)驱动电压V应被提供给DPD 216的时间。因此，CMD2可以指定DPD 216应从反向偏置改变为正向偏置并且被置于激活模式的时间以感测入射光218。CMD2可以另外指定将被提供给DPD 216的电压量以将DPD 216置于激活模式。DPD 216可以是如美国专利申请No.15/461,645和14/689,276(美国专利No.9,431,566)中所描述的动态光电二极管，这些申请均通过引用明确地结合于此。

可编程延迟发生器212可以接收CMD2并确定光从光源208被发射之后的用于延迟将CMD2转发到传感器前端214的时间(t)的量。可编程延迟发生器212可以将延迟的CMD2(例如，CMD2_delayed)输出到传感器前端214。可编程延迟发生器212还可以将CMD2_delayed输出到时间到数字转换器(TDC)220。

传感器前端214可以接收CMD2_delayed并且可以向DPD 216提供驱动电压V。然后DPD 216可以被正向偏置并被置于激活模式。如上面参考图1A所讨论的，DPD 216可以感测入射光218并输出电流I。电流I可以被输出到传感器前端214。传感器前端214可以向TDC220发送指示电流I已经被输出到传感器前端214的数字化警报信号。

TDC 220可测量其接收到CMD2_delayed的时间并将该时间视为驱动电压V被提供给DPD 216、将DPD 216置于激活状态的时间(即图1A的点(c))。TDC 220还可以测量其从传感器前端214接收到警报信号的时间(即，图1A的点(d))。TDC 220可以记录所测量的时间的数字表示。TDC 220可以通过计算这两个所测量的时间之间的差来确定触发时间T₁。该计算可以利用所测量的时间的数字表示。

可编程延迟发生器212可以改变延迟CMD2的时间(t)的量并且针对多个迭代向传感器前端214提供不同的时间(t)。迭代的数量可以是预定的数量或者是可变的经计算的数量。针对每一个迭代，触发时间T₁可以由TDC 220确定。每个触发时间T₁可以被输出到控制器202并由控制器202记录。控制器202可以确定触发时间T₁被最小化以及DPD仍然正向偏置并且能够感测在图1A中的脉冲(b)时的事件的时间(t)。在T₁最小化的情况下的该时间(t)等于T_light。然后，使用上面讨论的以下等式，T_light可以被控制器202使用以确定环境中的一个或多个对象与DPD 216之间的距离L：

L＝(T_light·c)/2

其中L是环境中的一个或多个对象与DPD 216之间的距离，T_light是如上所述的并且c是光速。

图3图示了根据本公开的实施例的包括多个DPD并且可以利用复用/解复用的飞行时间系统300。由与图2中相同的附图标记指代的元件如关于图2所描述的那样运作。

信号发生器302可以从控制器202接收命令以驱动光源208并激活DPD 216中的一个或多个。信号发生器302可以产生命令信号CMD1。例如，CMD1可以如之前所述。CMD1可以被发送到脉冲发生器204，所述脉冲发生器204可以确定应由光源208发射的光脉冲的种类。基于该确定，脉冲发生器204可以将光脉冲参数发送到驱动器206并且驱动器206可以驱动光源208以输出如之前所述的脉冲210。脉冲210可以被输出并从环境中的一个或多个对象反射以产生入射光218。

信号发生器302还可以产生命令信号CMD2。CMD2可以是包括用于N个DPD 216的N个命令信号的组合命令信号，其中N的范围从1到与被利用的DPD 216同样数量。例如，CMD2可以是包括用于N个DPD 216的N个命令信号的复用信号。CMD2的N个命令信号中的每一个可以指定应向N个DPD 216中的每一个提供驱动电压V的时间。CMD2的N个命令信号中的每一个可以指定每个DPD 216应被从反向偏置改变为正向偏置并且被置于激活模式以感测入射光218的时间。

在信号发生器302将CMD1发送到脉冲发生器204的同时或基本上相同的时间，命令信号CMD2可以从信号发生器302被发送到可编程延迟发生器212。可编程延迟发生器212可以接收CMD2并确定光从光源208被发射之后的用于延迟将CMD2转发到传感器前端214的时间(t)的量。可编程延迟发生器212可以将CMD2延迟时间(t)并且将延迟的CMD2(例如，CMD2_delayed)输出到解复用器(DMUX)304。可编程延迟发生器212还可以将CMD2_delayed输出到时间到数字转换器(TDC)220。

DMUX 304可以解复用CMD2_delayed以提取所述CMD2_delayed中包含的N个命令信号中的每一个。然后可以将N个命令信号中的每一个发送到相应的传感器前端214。在一些实施例中，可以将命令信号发送到系统300中的传感器前端214中的每一个。在一些实施例中，可以将命令信号仅发送到系统300中的选择的传感器前端214中的每一个。

一旦传感器前端214接收到命令信号，传感器前端214就可以向所述传感器前端214的相应的DPD 216提供驱动电压V。然后，如上所讨论，每个被驱动的DPD 216可以被置于激活模式并将相应的电流I输出到所述DPD 216的相应的传感器前端214。每个传感器前端214可以向MUX 306发送指示电流I已经被输出到相应的(多个)传感器前端214的数字化警报信号。然后，MUX 306可以复用每个所接收的警报信号并且将复用的输出信号MUX_OUT输出到TDC 220。

TDC 220可以测量其接收到CMD2_delayed的时间并且将该时间视为向每个DPD216提供驱动电压V、激活DPD 216的时间(例如，图1A的点(c))。TDC 220还可以测量其从DPD216接收到MUX_OUT的时间(例如，图1A的点(d))。TDC 220可以记录所测量的时间的数字表示。TDC 220可以通过计算这两个所测量的时间之间的差来确定触发时间T₁。该计算可以利用所测量的时间的数字表示。

可编程延迟发生器212可以针对多个迭代改变用于延迟CMD2的时间(t)的量。迭代数量可以是预定的数量或者是可变的经计算的数量。针对每一个迭代，可以驱动相同或不同数量的DPD 216。针对每一个迭代，可以由TDC 220将所确定的触发时间T₁输出到累加器308。一旦所有的迭代触发时间T₁被累加器308累加，其就可以被发送到提取算法处理器310。

抽取算法处理器310可以确定触发时间T₁被最小化伴随被驱动的DPD仍然是正向偏置并且能够感测在图1A中所示的脉冲(b)处的事件的时间(t)。该确定的时间(t)等于T_light。此后，可以将确定的T_light发送到控制器202，并且控制器202可以使用上面讨论的以下等式确定环境中的一个或多个对象与DPD 216之间的距离L：

L＝(T_light·c)/2

其中L是环境中的一个或多个对象与DPD 216之间的距离，T_light如上所描述，并且c是光速。

由TDC 220、累加器308和提取算法处理器310进行的处理可以通过全数字环境中的数字信号处理来执行。这是有利的，因为可以通过处理消除或减少模拟信号，并且因此可以避免增加的模拟噪声。此外，可以减少能量损耗。而且，通过提供全数字环境，数字电路而不是模拟电路可以被利用并且因此可以被缩小以具有更小的占用面积和/或占用芯片上更小的区域。

系统300可以提供测量到场景中的点的距离的有效方法。具有由多个DPD 216提供的多个像素可以提供兴趣点可以被选择以用于距离测量。通过提供复用和解复用，可以减小电路尺寸和复杂度。此外，可以使用系统300来提供自动聚焦应用。

控制器202可以经由通信协议312与其他系统通信。例如，控制器202可以经由通信协议312从其他处理器接收命令以驱动光源210和DPD 216。控制器202还可以经由通信协议312将诸如经计算的距离L的数据发送到一个或多个系统。通信协议312可以例如是内部集成电路(I²C)协议或任何其他类型的通信协议，诸如串行外设接口(SPI)、控制器局域网(CAN)或RS232。

一个或多个数字到模拟转换器(DAC)可以产生用于偏置DPD 216的电压V。替选地，DAC功能性可以由每一个传感器前端214或由控制器202提供。替选地，DAC可以与一个或多个传感器前端214通信。带隙参考处理器(bandgap reference processor)可以向DAC(或提供DAC功能性的元件)提供参考电压以用于电压计算。带隙参考处理器还可以向TDC 220提供参考电压。替选地，TDC 220可以具有内置于TDC 220中的带隙参考处理器的参考电压功能性。

图4图示了根据本公开的实施例的通过并行操作来操作多个DPD的飞行时间系统400。由与图2和图3中相同的附图标记指代的元件如关于图2和图3所描述的运作。

如之前所述，信号发生器302可以从控制器202接收命令以驱动光源208并激活DPD216中的一个或多个。信号发生器302可以产生命令信号CMD1。CMD1可以被发送到脉冲发生器204，所述脉冲发生器204可以确定应由光源208发射的光脉冲的种类。基于该确定，脉冲发生器204可以将光脉冲参数发送到驱动器206。如上所述，驱动器206可以驱动光源208以输出脉冲210。脉冲210可以被输出并从环境中的一个或多个对象反射以产生入射光218。

信号发生器302还可以产生命令信号CMD2。CMD2可以指定系统400中的N个DPD 216中的每一个应如何运作(例如，每一个DPD216应被驱动的电压和/或每一个DPD 216应被驱动的时间)，其中N的范围从1到与被利用的DPD 216同样数量。

在信号发生器302将CMD1发送到脉冲发生器204的同时或基本上相同的时间，命令信号CMD2可以从信号发生器302被发送到可编程延迟发生器212。可编程延迟发生器212可以接收CMD2并确定从光源208发射光之后的用于延迟将CMD2转发到传感器前端214的时间(t)的量。可编程延迟发生器212可以将CMD2延迟时间(t)并且将延迟的CMD2(例如，CMD2_delayed)输出到时间到数字转换器(TDC)404。还可以将CMD2_delayed输出到每一个DPD216的每一个传感器前端214。

一旦传感器前端214接收到CMD2_delayed，传感器前端214就可以向所述传感器前端214的相应的DPD 216提供驱动电压V。每一个被驱动的DPD 216可以被置于激活模式并且将相应的电流I输出到所述DPD 216的相应的传感器前端214。每一个传感器前端214可以向TDC 404发送数字化警报信号。TDC 404可以测量其从可编程延迟发生器212接收CMD2_delayed的时间并将该时间视为驱动电压V被提供到每一个DPD 216、激活DPD 216的时间(例如，图1A的点(c))。TDC 404还可以测量其从每一个传感器前端214接收到警报信号的时间(例如，图1A的点(d))。TDC 404可以记录所测量的时间的数字表示。TDC 404可以通过计算这两个所测量的时间之间的差来确定触发时间T₁。该计算可以利用测量的时间的数字表示。然后，TDC 404可以记录针对多个迭代的时间(t)中的每一个的触发时间T₁并将针对每一个迭代的触发时间T₁输出到控制器202。

可编程延迟发生器212可针对多个迭代中的每一个改变用于延迟CMD2的时间(t)的量。如上所讨论，迭代的数量可以是预定的数量或者是可变的经计算的数量。针对每一个迭代，可以驱动相同或不同数量的DPD 216。针对每一个迭代，可以通过TDC 404将触发时间T₁输出到控制器202。在执行时间(t)在其中改变的多个迭代之后，T₁被最小化以及DPD仍然是正向偏置的并且能够感测由图1A中的脉冲(b)表示的事件的时间(t)可以由控制器202确定。该确定的时间(t)等于T_light。此后，可以将所确定的T_light发送到控制器202，并且使用上面讨论的以下等式，控制器202可以确定环境中的一个或多个对象与DPD 216之间的距离L：

L＝(T_light·c)/2

其中L是环境中的一个或多个对象与DPD 216之间的距离，T_light是如上所描述的并且c是光速。

DAC和带隙参考处理器功能性以关于图3中所描述的相同或相似的方式被包括在图4中。

图5A图示了根据本公开的实施例的飞行时间系统的实现的概要500。光源502可以将光束引导向镜504。可以包括一个或多个光源502以将光引导向镜504。此外，可以包括多个镜504。镜504可包括一个或多个微机械系统(MEMS)微镜装置。镜504可以将光束重引导向诸如对象506的对象。对象506可以是任何对象，但是在图5中图示为车辆。光束可以在一点处照射对象506，并且然后光可以被重引导向传感器模块508。传感器模块508可以包括DPD传感器(诸如DPD 216)以及诸如关于图2-图4所描述的那些伴随元件。传感器模块508可以确定对象506上的点与传感器模块508之间的距离L。该过程可以重复多次以确定对象506上的点与传感器模块508之间的距离。通过包括镜504，背光抗干扰性可以增加，这可以提供改进的测量的准确度并降低测量中的噪声。

图5B是光源502的示例性扫描图案508。例如，光源502可以被控制以按照图案将光引导到对象506上的多个点。在这样的情况下，镜504可以是静态的并且光源502可以被控制以将光引导到多个点。替选地，光源502可以是静态的并且镜504可以被控制以将光重引导到多个点。在另一个实施例中，光源502和镜504都可以被控制以将光重引导到多个点。

图6图示了根据本公开的实施例的用于飞行时间系统的实现的系统。特别地，图6图示了用于图5A中所示的实现的示例控制系统600。控制系统600可以提供传感器阵列608与镜616和618之间的同步。镜616和618可以提供用于将来自光源614的光引导向对象624上的点的最小化的视场。最小化的视场可以消除背景光并提供改进的对距离L的测量。图5B的阵列可用于控制系统600中。

控制器602可以由一个或多个微控制器、处理器或微处理器形成。控制器602可以包括一个或多个存储器装置，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、磁盘驱动器、光盘驱动器、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)或任何其他存储器和存储器的组合。一个或多个微控制器、处理器或微处理器可以实现存储在一个或多个存储器装置上的算法、指令和/或程序以执行本公开的各种过程。控制器602可以从系统600中的部件发送和接收各种信号。虽然图6图示了各种部件，但是应该理解，这样的部件的功能性可以体现在执行提供这样的功能性并被存储在一个或多个存储器装置中的指令的一个或多个处理器中。

控制器602可以包括计数器604和/或查找表606。替选地，计数器604和/或查找表606可以是与控制器602通信的外部单元。系统600还可以包括传感器阵列608。传感器阵列608可包括先前讨论的DPD中的一个或多个。

在操作中，查找表606可以与传感器阵列608通信。查找表606可具有与传感器阵列608内的DPD的数量相对应的条目。查找表606可以向传感器阵列608发送指示传感器阵列的哪些DPD应处于激活模式的命令。查找表606还可以将命令发送到脉冲发生器610。脉冲发生器610可以从查找表606接收命令并且可以确定应该由光源614发射的光脉冲的种类。例如，脉冲发生器610可以根据命令确定脉冲宽度和/或脉冲幅度。基于该确定，脉冲发生器610可以将光脉冲参数发送到驱动器612。然后，驱动器612可以驱动光源614以输出脉冲622。

类似于上面关于图2-图4所讨论的光源，光源614可以是发射红外(IR)光脉冲的激光器。替选地，光源614可以是发射除IR光脉冲之外的光的光源装置。例如，光源614可以是发射以来自除红外波长范围之外的光谱的各部分的波长为特征的光脉冲的激光装置。光源614可以是能够产生光的短、中和长脉冲的光源。光源614可以发射可见光或不可见光。

脉冲622可以被输出并且可以从步进镜616和/或振荡镜618反射。步进镜616和振荡镜618均可以被调整到适当位置以重引导从光源614发射的光。例如，步进镜616可以在水平方向、垂直方向或垂直方向和水平方向两者上调整其位置。类似地，振荡镜618可以在垂直方向、水平方向或垂直方向和水平方向两者上调整其位置。镜616和618中的一个或两者可以被在调整到适当位置以按照指定的扫描图案将脉冲622引导到对象624上或者朝向对象624上的指定位置。对象624可以是单个对象。替选地，对象624可以是一个或多个对象。

控制器602可将控制信号发送到镜616和618中的一个或两者。例如，控制器602可将控制信号发送到步进镜616和/或振荡镜618，所述步进镜616和/或振荡镜618调整镜位置并且从而以特定(多个)角度重引导来自光源614的光。光622可以被引导向对象624并且之后被反射。反射光在系统600中图示为光626并入射在传感器阵列608上。

振荡镜618可以将频率信号输出到PLL 620。例如，频率信号可以是25kHz信号并且可以指示振荡镜618到适当位置的频率。PLL 620检测频率。PLL 620可以产生跟踪振荡镜618的所指示的频率的信号。例如，PLL 620可以将跟踪振荡镜618的频率的频率指示符信号发送到控制器602。控制器602可以接收频率指示符信号并且可以将控制信号发送到步进镜616，使得步进镜616基于振动镜618的频率而调整。例如，可以调整步进镜616，使得其在相对于振动镜618的运动中保持同步。控制器602可以还向振荡镜618发送指示所述振荡镜618应该操作的新频率或者所述振荡镜618正在操作的频率的调整的控制信号。对镜616和618的控制可以提供传感器阵列608与镜616和618中的每一个之间的同步。此外，该控制可以允许将光脉冲622汇聚到对象624上的特定位置上和扫描图案上并且在反射光626入射在传感器阵列608上时，可以提供将镜调整到小视场。这可以消除与反射光626相关的背景噪声。

光626可以入射在传感器阵列608的一个或多个DPD上。传感器阵列608可以将像素读出信号输出到控制器602。像素读出信号可以指示入射在每一个激活的DPD上的反射光626的量。此外，像素读出信号可用于确定T₁和T_light。计数器604可以对T₁值的数量进行计数并且之后确定已经记录了足够的数量的时间。之后，T_light可以基于如上面关于图2-图4以及下面关于图7所讨论的T₁由控制器602确定。使用等式，距离L可由控制器602确定：

L＝(T_light·c)/2

其中L是环境中的一个或多个对象与传感器阵列608之间的距离，T_light是如上所描述的并且c是光速。

图7图示了根据本公开的实施例的飞行时间处理步骤的示例性流程图700。流程图700中所示的步骤可以被图2-图4、图5A、和图6中所示的系统使用。

如步骤702所示，确定延迟时间(t)。时间(t)是从光源发射光的时间到驱动电压V被施加到诸如DPD 216的DPD以将DPD置于激活模式的时间。在时间(t)之后，DPD能够感测从环境中的一个或多个对象反射并入射在所述DPD的光感测区域上的光。反射光由光源发射的光引起。在步骤704处，可以确定触发时间(T₁)。T₁是从驱动电压V将DPD置于激活模式的时间到DPD提供指示由DPD感测的来自一个或多个对象的反射光的量的输出电流I的时间。

如上所讨论，步骤702和704可以迭代多个不同的次数并且由步骤706图示。步骤702和704可以迭代一次(例如，执行步骤702和704一次)或多次迭代。在存在多个迭代时，步骤702中的所确定的时间(t)可以在每一个迭代中改变。例如，针对每一个迭代，每一个时间(t)可以增加、减少或保持相同。一旦执行了所需数量的步骤702和704的迭代，过程700就前进到步骤708。

在步骤708中，分析每一个迭代的触发时间T₁以确定DPD仍然正向偏置并且能够感测入射光的最低T₁值。所确定的时间对应于值T_light。因此确定了T_light。

在步骤710中，使用上面讨论的以下等式，T_light被用于确定环境中的一个或多个对象与DPD之间的距离L：

L＝(T_light·c)/2

其中L是环境中的一个或多个对象与DPD之间的距离，T_light是如上所描述的并且c是光速。

此处应该注意，如上所描述的根据本公开的飞行时间测量可以在某种程度上涉及输入数据的处理和输出数据的产生。该输入数据处理和输出数据产生可以用硬件或软件实现。例如，可以在硬件控制器或类似或相关电路中采用特定电子部件以实现与如上所述的根据本公开的飞行时间测量相关联的功能。替选地，根据指令操作的一个或多个处理器可以实现与如上所述的根据本公开的飞行时间测量相关联的功能。如果是这样的情况，这些指令可以存储在一个或多个非暂时性处理器可读存储介质(例如，磁盘或其他存储介质)上或者经由在一个或多个载波中体现的一个或多个信号被传输到一个或多个处理器是在本公开的范围内的。

本公开不限于本文描述的具体实施例的范围。实际上，除了本文描述的那些实施例之外，本公开的其他各种实施例和对本公开的修改根据前面的描述和附图对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。因此，这样的其他实施例和修改旨在属于本公开的范围。此外，尽管在为了至少一个特定目的、在至少一个特定环境中的至少一个特定实现的上下文中描述了本公开，但是本领域普通技术人员将认识到本公开的有用性不限于此并且本公开可以为了任何目的、在任何数量的环境中有益地实现。因此，下面阐述的权利要求应当考虑到如本文所述的本公开的全部广泛性和精神而被理解。

Claims (20)

1.一种测量系统，包括：

时间到数字转换器(TDC)，所述时间到数字转换器(TDC)被配置为确定所述时间到数字转换器(TDC)接收到命令信号的第一数字化时间和所述时间到数字转换器(TDC)接收到警报信号的第二数字化时间，其中，所述第一数字化时间和所述第二数字化时间针对N个迭代被确定，其中，所述命令信号以延迟时间被延迟，并且其中，所述延迟时间针对所述N个迭代中的每一个被改变；以及

第一动态光电二极管(DPD)，所述第一动态光电二极管(DPD)被配置为基于所述命令信号从反向偏置模式切换到激活模式，其中，所述第一DPD进一步被配置为在所述激活模式下当受到光时输出输出电流，并且所述警报信号基于所述输出电流；

其中，所述TDC针对所述N个迭代中的每一个计算所述第一数字化时间与所述第二数字化时间之间的差，并且其中，所述差随着所述延迟时间被改变而改变。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量系统进一步包括控制器，所述控制器被配置为确定针对所述第一数字化时间与第二数字化时间之间的所述差被最小化的所述迭代的所述延迟时间。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器基于针对所述第一数字化时间与第二数字化时间之间的所述差被最小化的所述迭代的所述延迟时间来确定测量。

4.根据权利要求3所述的测量系统，其中，所述测量是距离测量。

5.根据权利要求4所述的测量系统，其中，所述距离测量通过计算L＝(T_light·c)/2来确定，其中，L是所述距离测量，T_light是针对所述第一数字化时间与第二数字化时间之间的所述差被最小化的所述延迟时间，并且c是光速。

6.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述命令信号是包括第一命令信号和第二命令信号的复用信号，并且其中，所述第一命令信号对应于所述第一DPD并且所述第二命令信号对应于第二DPD。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其中，所述命令信号被解复用并且所述第一命令信号被发送到所述第一DPD并且所述第二命令信号被发送到所述第二DPD。

8.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述警报信号是包括第一警报信号和第二警报信号的复用信号，其中，所述第一警报信号对应于所述第一DPD并且所述第二警报信号对应于所述第二DPD。

9.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述命令信号指定将所述第一DPD从所述反向偏置模式切换到所述激活模式所需要的驱动电压。

10.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述命令信号指定将所述第一DPD从所述反向偏置模式切换到所述激活模式所需要的第一驱动电压和将第二DPD从第二反向偏置模式切换到第二激活模式所需要的第二驱动电压。

11.一种测量系统，包括：

处理器；以及

存储器，所述存储器存储由所述处理器可执行的指令，所述指令包括：

确定第一时间，所述第一时间是从当光被光源发射时到当驱动电压被施加到动态光电二极管(DPD)时的时间，其中，所述驱动电压正向偏置所述DPD；

确定第二时间，所述第二时间是从当所述驱动电压被施加到所述DPD时到当所述DPD输出输出电流时的时间，其中，所述输出电流指示当所述DPD被正向偏置时由所述DPD感测到的入射光；

针对N个迭代，确定所述第一时间并且确定所述第二时间，其中N大于1，并且其中所述第一时间针对每一个迭代被改变；

确定最小化的第二时间，所述最小化的第二时间是所确定的第二时间的全部中的最小的；

确定对应于所述最小化的第二时间的所述第一时间；以及

基于对应于所述最小化的第二时间的所述第一时间，确定距离。

12.根据权利要求11所述的测量系统，其中，所述测量是距离测量。

13.根据权利要求12所述的测量系统，其中，所述距离测量通过计算L＝(T_light·c)/2来确定，其中，L是所述距离测量，T_light是对应于所述最小化的第二时间的所述第一时间，并且c是光速。

14.根据权利要求11所述的测量系统，其中，通过在每一个迭代中增加所述第一时间，所述第一时间针对每一个迭代被改变。

15.根据权利要求11所述的测量系统，其中，所述迭代的数量是预定的数量。

16.根据权利要求11所述的测量系统，所述指令进一步包括：

确定被配置为在第一方向上控制振荡镜的第一控制信号。

17.根据权利要求16所述的测量系统，所述指令进一步包括：

确定被配置为在第二方向上控制步进镜的第二控制信号。

18.根据权利要求17所述的测量系统，其中，所述第一控制信号和所述第二控制信号被配置为将所述振荡镜的移动与所述步进镜同步。

19.根据权利要求17所述的测量系统，其中，所述第一方向是垂直方向并且所述第二方向是水平方向。

20.根据权利要求17所述的测量系统，其中，所述第一方向是水平方向并且所述第二方向是垂直方向。