CN111198382B - 飞时测距传感器以及飞时测距方法 - Google Patents

飞时测距传感器以及飞时测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种飞时测距传感器以及飞时测距方法。飞时测距传感器包括信号处理电路、光发射器及光传感器。光发射器发射脉冲光至感测目标。光传感器感测经由感测目标反射的脉冲光。在感测期间中，光传感器的第一像素单元操作在感测状态，以接收脉冲光，并输出感测信号至信号处理电路。在感测期间中，光传感器的第二像素单元操作在重置状态，以输出重置信号至信号处理电路。信号处理电路比较感测信号以及重置信号，以取得脉冲信号，并依据光发射器发射脉冲光与信号处理电路读出脉冲信号的时间差，来决定飞时测距传感器与感测目标之间的距离。

Description

飞时测距传感器以及飞时测距方法
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种飞时(Time to Flight,ToF)测距传感器以及飞时测距方法。
背景技术
随着测距技术的演进，各种测距技术不断地被发展出来，并且被广泛地应用于例如车距检测、人脸识别以及各种物联网(Internet of Things,IoT)设备。常见的测距技术例如是红外线测距(Infrared Radiation,IR)技术、超声波(Ultrasound)测距技术以及脉冲光(Intense Pulsed Light,IPL)测距技术。然而，随着测距的精准度要求越来越高，采用飞行时间(Time to Flight,ToF)量测方法的脉冲光测距技术是目前本领域主要的研究方向之一。对此，如何提升飞行时间测距的精准度，特别是在近场(near field)应用中，以下将提出几个实施例的解决方案。
发明内容
本发明提供一种飞时(Time to Flight,ToF)测距传感器以及飞时测距方法，可提供能准确地感测飞时测距传感器与感测目标之间的距离的效果。
本发明的飞时测距传感器包括信号处理电路、光发射器以及光传感器。光发射器耦接信号处理电路。光发射器用以发射脉冲光至感测目标。光传感器耦接信号处理电路。光传感器用以感测经由感测目标反射的脉冲光。在感测期间中，光传感器的第一像素单元操作在感测状态，以接收脉冲光，并且输出感测信号至信号处理电路。在感测期间中，光传感器的第二像素单元操作在重置状态，以输出重置信号至信号处理电路。信号处理电路比较感测信号以及重置信号，以取得脉冲信号。信号处理电路依据光发射器发射脉冲光与信号处理电路读出脉冲信号的时间差，来决定飞时测距传感器与感测目标之间的距离。
本发明的飞时测距方法包括以下步骤：在感测期间中，通过光发射器发射脉冲光至感测目标；在感测期间中，通过光传感器的第一像素单元操作在感测状态，以接收脉冲光，并且输出感测信号；在感测期间中，通过光传感器的第二像素单元操作在重置状态，以输出重置信号；通过信号处理电路比较感测信号以及重置信号，以取得脉冲信号；以及通过信号处理电路依据光发射器发射脉冲光与信号处理电路读出脉冲信号的时间差，来决定飞时测距传感器与感测目标之间的距离。
基于上述，本发明的飞时测距传感器以及飞时测距方法可有效地取得无背景噪声干扰的脉冲信号，以正确地计算出飞时测距传感器与感测目标之间的距离。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的飞时测距传感器的方块示意图。
图2是依照本发明的一实施例的比较器的电路示意图。
图3是依照本发明的一实施例的第一像素单元以及第二像素单元的电路示意图。
图4是依照本发明的图3实施例的各种信号波形的时序图。
图5是依照本发明的一实施例的飞时测距方法的流程图。
【符号说明】
100：飞时测距传感器
110：信号处理电路
120：光发射器
130：光传感器
200：感测目标
231、331：第一像素单元
232、332：第二像素单元
240：比较器
241：第一输入端
242：第二输入端
243：输出端
3311：第一光电二极管
3312：第一像素开关
3313：第一重置开关
3314、3324：读出电路
3321：第二光电二极管
3322：第二像素开关
3323：第二重置开关
VDD：电压
Vpix1：感测信号
Vpix2：重置信号
Vrst1、Vrst2：重置电压
Vtx1、Vtx2：控制电压
Vcomp_out：比较信号
PL、PR：脉冲光
S510～S550：步骤
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，代表相同或类似部件。
图1是依照本发明的一实施例的飞时测距传感器的方块示意图。参考图1，飞时测距传感器100包括信号处理电路110(Signal Processor)、光发射器120以及光传感器130。信号处理电路110耦接光发射器120以及光传感器130。信号处理电路110可包括数字电路及模拟电路，本发明并不加以限制。在本实施例中，光发射器120可例如是脉冲光发射器或激光二极管(Laser Diode)，并且光传感器130可例如是互补式金属氧化物半导体图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)。光发射器120用以发射出红外光(Infrared Radiation,IR)的光脉冲。具体而言，信号处理电路110驱动光发射器120以及光传感器130，以使光发射器120发射脉冲光PL(脉冲信号)至感测目标200，并且光传感器130感测经由感测目标200反射的脉冲光PR(脉冲信号)。
需说明的是，本实施例的飞时测距传感器100适用于近场(near field)应用。换言之，本实施例的飞时测距传感器100的反应时间(response time)介于1纳秒(ns)至20纳秒之间，或者飞时测距传感器100的感测距离介于15厘米(cm)至300厘米之间。在本实施例中，由于光传感器130在感测过程中，将同时感测到背景噪声，因此本实施例的光传感器130将通过两种操作在不同状态下的像素单元来进行测距，以消除在近场应用中的背景噪声的影响。
详细而言，光传感器130的第一像素单元可操作在感测状态，以接收脉冲光PR，并且输出感测信号至信号处理电路110。同时，光传感器130的第二像素单元可操作在重置状态，以输出重置信号至信号处理电路110。对此，由于在近场应用中，背景噪声的信号波形类似于操作在重置状态的第二像素单元所提供的重置信号波形，本实施例的信号处理电路110可通过比较感测信号以及重置信号，来有效地取得正确的脉冲信号。因此，本实施例的信号处理电路110可依据光发射器120发射脉冲光PL与光传感器130输出脉冲信号的时间差，来决定飞时测距传感器100与感测目标200之间的距离。
图2是依照本发明的一实施例的比较器的电路示意图。参考图2，上述图1实施例的信号处理电路110可包括如图2的比较器240。在本实施例中，比较器240的第一输入端241耦接光传感器的第一像素单元231。比较器240的第二输入端242耦接光传感器的第二像素单元232。具体而言，在感测(测距)期间中，第一像素单元231可操作在感测状态，以接收脉冲光，并且输出感测信号至比较器240的第一输入端241。同时，第二像素单元232可操作在重置状态，以输出重置信号至比较器240的第二输入端242。在本实施例中，比较器240依据感测信号以及重置信号来经由输出端243输出脉冲信号。
图3是依照本发明的一实施例的第一像素单元以及第二像素单元的电路示意图。参考图3，第一像素单元331包括第一光电二极管3311、第一像素开关3312、第一重置开关3313以及读出电路3314。在本实施例中，第一像素开关3312的第一端耦接第一光电二极管3311的第一端，并且第一像素开关3312的第二端耦接第一重置开关3313。第一重置开关3313的第一端耦接电压VDD，并且第一重置开关3313的第二端耦接第一像素开关3312的第二端。在本实施例中，读出电路3314耦接第一像素开关3312的第二端。并且，读出电路3314还耦接如上述图2实施例的比较器240的第一输入端241，以提供感测信号Vpix1至比较器240的第一输入端241。
第二像素单元332包括第二光电二极管3321、第二像素开关3322、第二重置开关3323以及读出电路3324。在本实施例中，第二像素开关3322的第一端耦接第二光电二极管3321的第一端，并且第二像素开关3322的第二端耦接第二重置开关3323。第二重置开关3323的第一端耦接电压VDD，并且第二重置开关3323的第二端耦接第二像素开关3322的第二端。在本实施例中，读出电路3324耦接第二像素开关3322的第二端。并且，读出电路3324还耦接如上述图2实施例的比较器240的第二输入端242，以提供重置信号Vpix2至比较器240的第二输入端242。然而，关于第一像素单元331以及第二像素单元332的操作以及信号波形，以下搭配图4来说明之。
图4是依照本发明的图3实施例的各种信号波形的时序图。参考图3以及图4，具体而言，在进行感测(测距)前，第一像素单元331的第一重置开关3313接收如图4的重置电压Vrst1，并且第一像素开关3312接收如图4的控制电压Vtx1，以使第一光电二极管3311重置，并且读出电路3314可读出如图4的感测信号Vpix1。控制电压Vtx1维持高电压电平，以持续导通第一像素开关3312。换言之，第一光电二极管3311经重置后，感测信号Vpix1将上升至较高的电压电平，并且感测信号Vpix1包括背景噪声信号。接着，光发射器来发射脉冲光PL至感测目标。当第一光电二极管3311接收到感测目标反射的脉冲光PR后，第一光电二极管3311产生相应的电流(电子)，以使感测信号Vpix1的波形将对应地变化。
相对地，在进行感测(测距)前，第二像素单元332的第二重置开关3323接收如图4的重置电压Vrst2，并且第二像素开关3322接收如图4的控制电压Vtx2，以使第二光电二极管3321持续维持在重置状态，并且读出电路3324可读出如图4的重置信号Vpix2。控制电压Vtx2维持高电压电平，以持续导通第二像素开关3322。换言之，第二光电二极管3321经由持续重置，重置信号Vpix2将持续为较高的电压电平。并且，当第二光电二极管3321接收到感测目标反射的脉冲光PR时，第二光电二极管3321产生相应的电流(电子)将从第二重置开关3323放电，以使重置信号Vpix2的波形不会对应地变化。
值得注意的是，由于本实施例适用在近场应用，因此重置信号Vpix2的信号波形的微小波动可近似于感测信号Vpix1中的背景噪声的信号波动。因此，本实施例的第一像素单元331以及第二像素单元332输出的感测信号Vpix1以及重置信号Vpix2经由比较器比较后，比较器可输出如图4的比较信号Vcomp_out。对此，比较信号Vcomp_out在相应于脉冲光PR的上升缘将产生对应的信号变化。此外，在一实施例中，信号处理电路还可先将重置信号Vpix2偏移一个固定的电压电平再进行信号比较，以避免因背景噪声以及重置信号的信号波形的微小波动差异而使比较器输出的比较信号Vcomp_out产生不必要的信号变化。对此，应用有本实施例的第一像素单元331以及第二像素单元332的信号处理电路将可有效且正确地判断光发射器发射脉冲光PL与信号处理电路读出脉冲信号PR的时间差T，以经由直接飞行时间法(Direct Time-of-Flight,D-ToF)，来有效且正确地计算飞时测距传感器与感测目标之间的距离。在本实施例中，信号处理电路可例如计算时间差T乘以光速(C)再除以2(距离＝(T×C)/2)。
图5是依照本发明的一实施例的飞时测距方法的流程图。参考图1以及图5，本实施例的飞时测距方法可至少适用于图1实施例的飞时测距传感器。在步骤S510中，在感测(测距)期间中，光发射器120发射脉冲光PL至感测目标200。在步骤S520中，在感测期间中，光传感器130的第一像素单元操作在感测状态，以接收脉冲光PR，并且输出感测信号。在步骤S530中，在感测期间中，光传感器130的第二像素单元操作在重置状态，以输出重置信号。步骤S510～S530可同时或在同一期间中执行。在步骤S540中，信号处理电路110比较感测信号以及重置信号，以取得脉冲信号。在步骤S550中，信号处理电路110依据光发射器120发射脉冲光PL与信号处理电路110读出脉冲信号的时间差，来正确地计算飞时测距传感器100与感测目标200之间的距离。
另外，关于本实施例的飞时测距传感器100的其他电路特征、实施手段以及技术细节可参考上述图1至图4的实施例而获致足够的教示、建议以及实施说明，因此不再赘述。
综上所述，本发明的飞时测距传感器以及飞时测距方法适用于近场应用，并且可通过在光传感器中操作在感测状态的第一像素单元以及操作在重置状态的第二像素单元来分别提供感测信号以及重置信号，以依据感测信号以及重置信号来有效地读出无背景噪声干扰的脉冲信号。因此，本发明的飞时测距传感器可依据无背景噪声干扰的脉冲信号来准确地计算出飞行时间测距装置与感测目标之间的距离。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (12)

1.一种飞时测距传感器，其特征在于，包括：
信号处理电路；
光发射器，耦接所述信号处理电路，并且用以发射脉冲光至感测目标；以及
光传感器，耦接所述信号处理电路，并且用以感测经由所述感测目标反射的所述脉冲光，
在感测期间中，所述光传感器的第一像素单元操作在感测状态，以接收所述脉冲光，并且输出感测信号至所述信号处理电路，
在所述感测期间中，所述光传感器的第二像素单元操作在重置状态，以输出重置信号至所述信号处理电路，
其中所述信号处理电路比较所述感测信号以及所述重置信号，以取得脉冲信号，并且所述信号处理电路依据所述光发射器发射所述脉冲光与所述信号处理电路读出所述脉冲信号的时间差，来决定所述飞时测距传感器与所述感测目标之间的距离，
其中所述信号处理电路包括比较器，其中所述比较器的第一输入端耦接所述第一像素单元，并且用以接收所述感测信号，其中所述比较器的第二输入端耦接所述第二像素单元，并且用以接收所述重置信号，其中所述比较器依据所述感测信号以及所述重置信号来经由输出端输出所述脉冲信号，
其中所述第一像素单元包括：
第一光电二极管；
第一像素开关，具有第一端以及第二端，并且所述第一端耦接所述第一光电二极管的第一端；
第一重置开关，耦接所述第一像素开关的所述第二端；以及
第一读出电路，耦接所述第一像素开关的所述第二端以及所述比较器的所述第一输入端，
其中在所述感测期间中，所述第一重置开关为持续断开，以使所述第一光电二极管持续输出所述感测信号至所述比较器的所述第一输入端，并且当所述第一光电二极管接收到所述经由所述感测目标反射的所述脉冲光时，所述第一光电二极管输出的所述感测信号的信号波形对应于所述脉冲信号产生变化。
2.根据权利要求1所述的飞时测距传感器，其中所述信号处理电路将所述重置信号偏移电压电平，并且比较所述感测信号以及偏移后的所述重置信号，以取得所述脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的飞时测距传感器，其中所述感测信号包括背景噪声信号。
4.根据权利要求1所述的飞时测距传感器，其中所述第二像素单元包括：
第二光电二极管；
第二像素开关，具有第一端以及第二端，并且所述第一端耦接所述第二光电二极管的第一端；
第二重置开关，耦接所述第二像素开关的所述第二端；以及
第二读出电路，耦接所述第二像素开关的所述第二端以及所述比较器的所述第二输入端，
其中在所述感测期间中，所述第二重置开关为持续导通，以使所述第二光电二极管持续输出所述重置信号至所述比较器的所述第二输入端。
5.根据权利要求1所述的飞时测距传感器，其中所述飞时测距传感器的反应时间介于1纳秒至20纳秒之间。
6.根据权利要求1所述的飞时测距传感器，其中所述飞时测距传感器的感测距离介于15厘米至300厘米之间。
7.一种飞时测距方法，其特征在于，包括：
在感测期间中，通过光发射器发射脉冲光至感测目标；
在所述感测期间中，通过一光传感器的第一像素单元操作在感测状态，以接收所述脉冲光，并且输出感测信号；
在所述感测期间中，通过所述光传感器的第二像素单元操作在重置状态，以输出重置信号；
通过信号处理电路比较所述感测信号以及所述重置信号，以取得脉冲信号，包括：
通过所述信号处理电路的比较器的第一输入端接收所述感测信号；
通过所述比较器的第二输入端接收所述重置信号；以及
通过所述比较器依据所述感测信号以及所述重置信号来经由输出端输出所述脉冲信号；以及
通过所述信号处理电路依据所述光发射器发射所述脉冲光与所述信号处理电路读出所述脉冲信号的时间差，来决定飞时测距传感器与所述感测目标之间的距离，
其中所述第一像素单元包括：
第一光电二极管；
第一像素开关，具有第一端以及第二端，并且所述第一端耦接所述第一光电二极管的第一端；
第一重置开关，耦接所述第一像素开关的所述第二端；以及
第一读出电路，耦接所述第一像素开关的所述第二端以及所述比较器的所述第一输入端，
其中在所述感测期间中，通过所述光传感器的所述第一像素单元操作在所述感测状态，以接收所述脉冲光，并且输出所述感测信号的步骤包括：
在所述感测期间中，将所述第一重置开关为持续断开，以通过所述第一光电二极管持续输出所述感测信号至所述比较器的所述第一输入端，并且当所述第一光电二极管接收到所述经由所述感测目标反射的所述脉冲光时，通过所述第一光电二极管输出的所述感测信号的信号波形对应于所述脉冲信号产生变化。
8.根据权利要求7所述的飞时测距方法，其中通过所述信号处理电路比较所述感测信号以及所述重置信号，以取得所述脉冲信号的步骤包括：
通过所述信号处理电路将所述重置信号偏移电压电平；以及
通过所述信号处理电路比较所述感测信号以及偏移后的所述重置信号，以取得所述脉冲信号。
9.根据权利要求7所述的飞时测距方法，其中所述感测信号包括背景噪声信号。
10.根据权利要求7所述的飞时测距方法，其中所述第二像素单元包括：
第二光电二极管；
第二像素开关，具有第一端以及第二端，并且所述第一端耦接所述第二光电二极管的第一端；
第二重置开关，耦接所述第二像素开关的所述第二端；以及
第二读出电路，耦接所述第二像素开关的所述第二端以及所述比较器的所述第二输入端，
其中在所述感测期间中，通过所述光传感器的所述第二像素单元操作在所述重置状态，以输出所述重置信号的步骤包括：
在所述感测期间中，将所述第二重置开关为持续导通，以通过所述第二光电二极管持续输出所述重置信号至所述比较器的所述第二输入端。
11.根据权利要求7所述的飞时测距方法，其中所述飞时测距传感器的反应时间介于1纳秒至20纳秒之间。
12.根据权利要求7所述的飞时测距方法，其中所述飞时测距传感器的感测距离介于15厘米至300厘米之间。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111398979B (zh) * 2020-06-08 2020-10-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 基于飞行时间的测距方法和相关测距系统
CN111427052B (zh) * 2020-06-09 2020-11-27 深圳市汇顶科技股份有限公司 基于飞行时间的测距方法和相关测距系统
TWI759213B (zh) * 2020-07-10 2022-03-21 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 光感測器及其感測方法
TW202213978A (zh) * 2020-09-28 2022-04-01 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 影像感測裝置以及影像感測方法
TWI781458B (zh) * 2020-10-08 2022-10-21 大立光電股份有限公司 光學指紋辨識系統
TWM621938U (zh) * 2020-12-04 2022-01-01 神盾股份有限公司 飛時測距裝置
WO2024081230A1 (en) * 2022-10-11 2024-04-18 Zoox, Inc. Lidar background noise detection and compensation

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950019772A (ko) * 1993-12-29 1995-07-24 김주용 위상 변화를 이용한 광학식 거리 측정 장치 및 그 방법
US7417722B2 (en) * 2004-12-19 2008-08-26 Kla-Tencor Technologies Corporation System and method for controlling light scattered from a workpiece surface in a surface inspection system
KR100649034B1 (ko) * 2005-09-21 2006-11-27 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
KR100719361B1 (ko) * 2005-11-22 2007-05-17 삼성전자주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 형성 방법
CN100521219C (zh) * 2006-07-28 2009-07-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 单片集成的具有双焦微透镜阵列的cmos图像传感器
WO2009046268A1 (en) * 2007-10-04 2009-04-09 Magna Electronics Combined rgb and ir imaging sensor
JP5521312B2 (ja) * 2008-10-31 2014-06-11 ソニー株式会社 固体撮像装置及びその製造方法、並びに電子機器
CN101770030B (zh) * 2009-01-05 2013-03-27 亚洲光学股份有限公司 测距装置及其控制方法
JP5404112B2 (ja) * 2009-03-12 2014-01-29 キヤノン株式会社 固体撮像素子、その駆動方法及び撮像システム
US8823848B2 (en) * 2009-06-11 2014-09-02 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Microgrid imaging polarimeters with frequency domain reconstruction
TWI427273B (zh) * 2010-07-29 2014-02-21 Pixart Imaging Inc 可提高訊雜比之測距裝置及其方法
CN101865997B (zh) * 2010-05-26 2012-07-25 北京握奇数据系统有限公司 一种激光测距设备及方法
US8907929B2 (en) * 2010-06-29 2014-12-09 Qualcomm Incorporated Touchless sensing and gesture recognition using continuous wave ultrasound signals
JP5810551B2 (ja) * 2011-02-25 2015-11-11 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
US20130016583A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-17 Hai Huang Correcting Aliasing of Pulsed Wave Doppler of Diagnostic Ultrasound
US20130070140A1 (en) * 2011-09-21 2013-03-21 Robert Gove Image sensors with multiple lenses of varying polarizations
US8642938B2 (en) * 2012-01-13 2014-02-04 Omnivision Technologies, Inc. Shared time of flight pixel
US9177983B2 (en) * 2012-01-23 2015-11-03 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with optical filters having alternating polarization for 3D imaging
KR102008233B1 (ko) * 2012-06-29 2019-08-07 삼성전자주식회사 거리 측정 장치 및 상기 거리 측정 장치를 이용한 거리 측정 방법
US9383753B1 (en) * 2012-09-26 2016-07-05 Google Inc. Wide-view LIDAR with areas of special attention
KR101977711B1 (ko) * 2012-10-12 2019-05-13 삼성전자주식회사 깊이 센서, 이의 이미지 캡쳐 방법, 및 상기 깊이 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템
CN108919294B (zh) * 2013-11-20 2022-06-14 新唐科技日本株式会社 测距摄像系统以及固体摄像元件
CN104241310B (zh) * 2014-09-23 2017-11-07 上海集成电路研发中心有限公司 一种具有双微透镜层的cmos图像像素阵列
TW201614817A (en) * 2014-10-03 2016-04-16 Powerchip Technology Corp Image sensor with deep well structure and fabrication method thereof
US9455291B2 (en) * 2015-01-20 2016-09-27 Omnivision Technologies, Inc. Blue enhanced image sensor
US10491837B2 (en) * 2015-07-09 2019-11-26 Huawei Technologies Co., Ltd. Imaging method, image sensor, and imaging device
JP6698655B2 (ja) * 2015-07-22 2020-05-27 パナソニック株式会社 測距装置
JP2017059589A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 キヤノン株式会社 固体撮像素子及び撮像装置
EP3356845B1 (en) * 2015-09-30 2019-11-20 Trimble AB Geodetic instrument with improved dynamic range
US10636826B2 (en) * 2015-10-26 2020-04-28 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device
US9954022B2 (en) * 2015-10-27 2018-04-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Extra doped region for back-side deep trench isolation
DE102016122831A1 (de) * 2015-11-26 2017-06-01 Odos Imaging Ltd. Bildgebendes System, Abstandsmessvorrichtung, Verfahren zum Betreiben des bildgebenden Systems und der Abstandsmessvorrichtung
CN108369949B (zh) * 2015-12-07 2023-11-17 索尼半导体解决方案公司 固态成像元件、成像设备和用于制造固态成像元件的方法
WO2017098725A1 (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置、距離測定装置および距離測定方法
WO2017099253A1 (ja) * 2015-12-11 2017-06-15 株式会社ニコン 偏光特性画像計測装置、偏光特性画像計測方法
US9778191B2 (en) * 2016-02-05 2017-10-03 Personal Genomics, Inc. Optical sensing module
EP3423858B1 (en) * 2016-02-29 2023-12-06 nLIGHT, Inc. 3d imaging system and method
KR102007435B1 (ko) * 2016-08-02 2019-08-06 삼성디스플레이 주식회사 유기발광 표시모듈 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치
US10557925B2 (en) * 2016-08-26 2020-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Time-of-flight (TOF) image sensor using amplitude modulation for range measurement
US10466036B2 (en) * 2016-10-07 2019-11-05 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Attachable depth and orientation tracker device and method of depth and orientation tracking using focal plane polarization and color camera
EP3526625A1 (en) * 2016-11-01 2019-08-21 Fastree3D SA Method and device for measuring a distance to a target in a multi-user environment using at least two wavelengths
US10884126B2 (en) * 2017-03-01 2021-01-05 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for LIDAR
JP7044107B2 (ja) * 2017-05-11 2022-03-30 ソニーグループ株式会社 光センサ、及び、電子機器
CN107632310A (zh) * 2017-09-12 2018-01-26 天津津航技术物理研究所 基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置与方法
US11037386B2 (en) * 2018-10-12 2021-06-15 Denso International America, Inc. Passive entry/passive start systems detecting range extender type relay station attacks

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