CN113267760A - 同步设备、相关联的飞行时间传感器和方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及同步设备、相关联的飞行时间传感器和方法。一种用于同步针对飞行时间传感器的光信号的发射和接收的实施例设备，包括功率控制电路，被配置为基于用于控制传感器的控制信号，来生成和传送功率信号，功率信号被配置为向传感器的像素阵列供应功率；产生模块，用于产生同步信号，该模块被配置为基于控制信号产生同步信号；以及开关，被配置为向用于发射光信号的设备的光源供应功率，产生模块进一步被配置为向开关传送同步信号，使得产生和传送同步信号所花费的时间与生成和传送功率信号所花费的时间相同。

Description

同步设备、相关联的飞行时间传感器和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年2月17日提交的法国专利申请号2001538的优先权，该申请于此通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施例和实现涉及对传感器的光信号的发射和接收的同步，并且更具体地涉及测量三维场景的飞行时间传感器。

背景技术

飞行时间传感器包括用于发射通常是激光的光信号的设备，以及用于接收从障碍物反射回的所发射的信号的设备，接收设备包括像素阵列。

由接收设备处理的所反射的信号使得可以确定将障碍物与传感器分开的距离。

通常，发射设备和接收设备彼此分隔开，使得光信号的发射与所反射的光信号的接收不同步，这导致在确定所测量的距离中的误差，接收设备通常传送用于控制发射设备的控制信号。

发明内容

此外，因为发射设备和接收设备彼此分隔开，因此这些设备受到不同的温度变化，导致这些设备的内部部件(特别是逻辑门)的性能不同，使得信号用以传播通过逻辑门所花费的时间使光信号的发射与所反射的光信号的接收不同步到甚至更大的程度。

为了使光信号的发射与所反射的光信号的接收同步，飞行时间传感器包括用于确定参考值的第二像素阵列。

然而，安装第二参考阵列需要附加的硅面积并且需要光学阻挡件，该光学阻挡件被配置为防止光线由该像素阵列和第二像素阵列二者反射，该光学阻挡件牵涉甚至更大的硅面积。

用于同步发射设备和接收设备的另一解决方案包含使用校准表来校正所测量的距离值。

然而，校准表的使用降低了由传感器提供的距离值的质量。

传感器可以包括反馈回路，反馈回路连接发射设备和接收设备，反馈回路递送反馈信号，反馈信号包括控制信号用以传播通过发射设备传播所花费的时间。

然而，生成反馈信号要求附加部件的使用，附加部件使得传感器更复杂。

存在对改进飞行时间传感器的发射设备和接收设备的同步的需要。

根据实施例和实现，有利地提出了通过基于同步信号驱动用于发射光信号的设备，来同步针对飞行时间传感器的光信号的发射和接收，该同步信号是基于用于控制接收设备的控制信号而产生的，使得基于控制信号产生和传送同步信号所花费的时间，与基于控制信号生成和传送用于向接收设备的像素阵列供应功率的功率信号所花费的时间相同。

根据一方面，提出了一种用于同步针对飞行时间传感器的光信号的发射和接收的方法，该方法包括：

-基于用于控制传感器的控制信号生成功率信号，功率信号被配置为向传感器的像素阵列供应功率，

-向用于发射光信号的设备传送同步信号，同步信号基于控制信号产生，使得基于控制信号产生和传送同步信号所花费的时间，与基于控制信号生成和传送功率信号所花费的时间相同。

该方法进一步包括：基于同步信号控制用于发射光信号的设备的开关，该开关被配置为向用于发射光信号的设备的光源供应功率。

有利地，同步信号使得可以控制开关，以便同步光信号的发射和所反射的光信号的接收，同步信号由接收设备产生。

根据一实现，控制该开关包括：基于同步信号、以及用于向光源供应功率的功率供应信号，生成针对开关的传导信号，使得功率供应信号与同步信号同步。

根据另一实现，生成同步信号包括：基于控制信号生成修改的同步信号，以便在开关上施加传导周期，控制该开关包括：基于修改的同步信号、以及用于向光源供应功率的功率供应信号，生成针对开关的传导信号，使得功率供应信号与同步信号同步，同时遵循所施加的传导周期。

根据另一方面，提出了一种用于同步针对飞行时间传感器的光信号的发射和接收的设备，该设备包括功率控制电路，被配置为基于用于控制传感器的控制信号生成和传送功率信号，功率信号被配置为向传感器的像素阵列供应功率；产生模块，用于产生同步信号，该模块被配置为基于控制信号产生同步信号；以及开关，被配置为向用于发射光信号的设备的光源供应功率，产生模块进一步被配置为向开关传送同步信号，使得产生和传送同步信号所花费的时间与生成和传送功率信号所花费的时间相同。

该设备使得可以将信号的传送与所反射的光信号的部分的接收同步。

根据一实施例，产生模块包括第一延迟锁定回路和通信接口，该通信接口被连接到上述延迟锁定回路，上述延迟锁定回路被配置为基于控制信号产生同步信号，并且上述接口被配置为向开关传送同步信号，使得产生和传送同步信号所花费的时间与生成和传送功率信号所花费的时间相同。

使用第二锁定回路使得可以锁定开关的相位。

根据另一实施例，该设备进一步包括校正模块，被连接在产生模块与开关之间，该校正模块被配置为基于同步信号、以及用于向光源供应功率的功率供应信号，生成针对开关的传导信号，使得功率供应信号与同步信号同步。

根据另一实施例，校正模块包括第二延迟锁定回路，第二延迟锁定回路被配置为基于同步信号、以及用于向光源供应功率的功率供应信号，生成针对开关的传导信号，使得功率供应信号与同步信号同步。

使用第二锁定回路和周期校正器使得可以锁定开关的相位和占空比。

根据另一实施例，产生模块进一步包括周期校正器，被连接在第一延迟锁定回路与上述接口之间，周期校正器被配置为基于同步信号生成修改的同步信号，以便在开关上施加传导周期，第二延迟锁定回路进一步被配置为基于修改的同步信号、以及用于向光源供应功率的功率供应信号，生成针对开关的传导信号，使得功率供应信号与同步信号同步，同时遵循所施加的传导周期，同步信号等同于修改的同步信号。

根据又一方面，提出了一种飞行时间传感器，该飞行时间传感器包括如上所限定的用于同步光信号的发射和接收的设备。

附图说明

通过审查完全非限制性的实施例和附图的详细描述，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，其中：

图1示出了飞行时间传感器的实施例；

图2示出了用于同步图1的飞行时间传感器的光信号的发射和接收的实施例设备；

图3示出了开关模块的实施例；以及

图4示出了产生模块的实施例。

具体实施方式

参考图1，图1示出了飞行时间传感器1的第一实施例的示例，飞行时间传感器1包括用于接收光信号的设备2、以及用于发射光信号的设备3，这些设备例如通过有线链路4而连接到彼此。

飞行时间传感器1例如被集成在移动电话5中。

用于接收光信号的设备2经由链路4驱动发射设备3。

接收设备2包括：控制模块6，控制模块6例如基于由电话5的处理单元7所生成的指令，生成用于控制传感器的控制信号S1；功率控制电路8，基于用于控制传感器1的控制信号S1，生成和传送功率信号S2；像素阵列9，像素阵列9由功率信号S2供应功率并接收光信号；以及产生模块10，用于产生同步信号。

产生模块10基于控制信号S1产生同步信号S3，同步信号S3经由链路4被传输给发射设备3。

发射设备3包括光源11(例如，发光二极管，其发射激光束)、用于驱动源11的驱动模块12、以及开关模块13。开关模块13向光源11供应功率，该模块包括开关19。

激光束被配置为照射障碍物OBS，由障碍物OBS所反射的束的部分由像素阵列9捕获。

光源11被连接到驱动模块12和开关模块13，使得独立于由驱动模块12所传送的功率供应信号S4，光源11根据开关模块13的开关19的状态被解激活或激活。

功率控制电路8、用于产生同步信号的产生模块10以及开关模块13被包含在用于同步飞行时间传感器1的光信号的发射和接收的设备DISP中。

设备DISP使得可以将信号的发射与所反射的光信号的部分的接收同步。

产生模块10包括第一延迟锁定回路14、以及被连接到延迟锁定回路14的通信接口15。

通信接口15例如是LVDS(低电压差分信号)通信接口，该LVDS通信接口接收数字信号作为输入，并且传送模拟信号作为输出，该模拟信号的内容与作为输入而接收的数字信号的内容相同。

延迟锁定回路14被配置为基于控制信号S1产生同步信号S3。

产生模块10进一步包括：第一电压转换器16和第二电压转换器17，第一电压转换器16和第二电压转换器17被配置为将模拟信号转换为二进制信号。

两个电压转换器16和17是相同的，使得对于模拟信号到二进制信号的产生和传送所花费的时间是相同的。

作为变体，电压转换器16和17可以是差分电压转换器。

第一电压转换器16接收功率信号S2作为输入，并将表示功率信号S2的二进制信号递送给锁定回路14，第二电压转换器17接收同步信号S3作为输入，并将表示同步信号S3的二进制信号递送给锁定回路14。

延迟锁定回路14被配置为基于控制信号S1产生同步信号S3，并且接口15被配置为将同步信号S3传送给开关模块13，使得产生和传送同步信号S3所花费的时间与生成和传送功率信号S2所花费的时间相同。

开关模块13例如可以包括通信接口18，该通信接口18在本情况中是LVDS通信接口，并且接收由接口15传送的信号S3，该通信接口18被连接到开关19，该开关19例如包括MOS晶体管。

MOS晶体管的栅极被连接到接口18，光源11经由MOS晶体管的漏极和源极被连接到设备3的接地GND。

图2示出了设备DISP的示例性实现。

假设的是，控制模块6递送控制信号S1。

在步骤20期间，功率控制电路8基于控制信号S1生成功率信号S2，像素阵列9被供应有功率。

然后，在步骤21期间，延迟锁定回路14基于控制信号S1、功率信号S2和同步信号S3，生成数字中间同步信号S5，数字中间同步信号S5的内容与模拟同步信号S3的内容相同，使得基于控制信号S1产生和传送同步信号S3所花费的时间，与基于控制信号S1生成和传送功率信号S2所花费的时间相同。

在步骤22期间，晶体管19由信号S3驱动，使得光源11发射激光束，从障碍物OBS反射回的束的部分由阵列9捕获。

阵列9和光源11以准同步(quasi-synchronous)方式操作，使得对传感器1与障碍物OBS之间的距离的测量不失真。

在下文中，相同的元件由相同的附图标记来表示。

图3示出了开关模块13的第二示例性实施例。

开关模块13的本实施例与图1中所示的开关模块13的第一实施例的不同之处在于，该开关模块13进一步包括校正模块23，校正模块23被连接在产生模块10与开关19之间。

校正模块23被配置为基于同步信号S3、以及用于向光源11供应功率的功率供应信号S4，生成针对开关19的传导信号S6，使得功率供应信号S4与同步信号S3同步。

校正模块23包括第二延迟锁定回路24，第二延迟锁定回路24被配置为基于同步信号S3和功率供应信号S4，生成针对开关19的传导信号S6，使得功率供应信号S4与同步信号S3同步。

校正模块进一步包括电压转换器25，电压转换器25通过第二延迟回路24的第一输入传送功率信号S4，接口18通过第二回路24的第二输入传送同步信号S3。

使用第二锁定回路24使得可以锁定开关19的相位。

图4示出了产生模块10的第二实施例的示例。

产生模块10的第二实施例与图3中所示的开关模块的第二实施例协作。

产生模块10的第二实施例与图1中所示的产生模块10的第一实施例的不同之处在于，该产生模块10进一步包括周期校正器26，周期校正器26被连接在第一延迟锁定回路14与接口15之间。

周期校正器26基于中间同步信号S5生成修改的同步信号S7，以便在开关19上施加传导周期。

第二延迟锁定回路24基于修改的同步信号S7、以及用于向光源11供应功率的功率供应信号S4，生成针对开关19的传导信号S6，使得功率供应信号S4与同步信号S3同步，同时遵循所施加的传导周期，同步信号S3等同于修改的同步信号S7。

使用第二锁定回路24和周期校正器26使得可以锁定开关19的相位和占空比。

尽管本发明已经参考例示性实施例进行了描述，但是本说明书不旨在按限制意义进行解读。通过参考本说明书，本发明的例示性实施例以及其他实施例的各种修改和组合，对本领域的技术人员将显而易见。因此，所附权利要求旨在包含任何此类修改或实施例。

Claims (20)

1.一种用于同步针对飞行时间传感器的光信号的发射和接收的方法，所述方法包括：

基于用于控制所述传感器的控制信号，生成功率信号，所述功率信号被配置为向所述传感器的像素阵列供应功率，

向用于发射所述光信号的设备传送同步信号，所述同步信号基于所述控制信号而被产生，使得基于所述控制信号而产生和传送所述同步信号所花费的时间与基于所述控制信号而生成和传送所述功率信号所花费的时间相同；以及

基于所述同步信号，控制用于发射所述光信号的所述设备的开关，所述开关被配置为向用于发射所述光信号的所述设备的光源供应功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述开关包括：基于所述同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的功率供应信号，生成针对所述开关的传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步。

3.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述同步信号包括：基于所述控制信号生成修改的同步信号，以便在所述开关上施加传导周期，并且控制所述开关包括：基于所述修改的同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的功率供应信号，生成针对所述开关的传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步，同时遵循所施加的所述传导周期。

4.一种用于同步针对飞行时间传感器的光信号的发射和接收的设备，所述设备包括：

功率控制电路，被配置为基于用于控制所述传感器的控制信号，生成和传送功率信号，其中所述功率信号被配置为向所述传感器的像素阵列供应功率；

开关，被配置为向用于发射所述光信号的发射设备的光源供应功率；以及

产生模块，被配置为：

基于所述控制信号产生同步信号；以及

向所述开关传送所述同步信号，使得产生和传送所述同步信号所花费的时间与生成和传送所述功率信号所花费的时间相同。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述产生模块包括：

第一延迟锁定回路，其中所述第一延迟锁定回路被配置为基于所述控制信号产生所述同步信号；以及

通信接口，被连接到所述第一延迟锁定回路，其中所述通信接口被配置为向所述开关传送所述同步信号，使得产生和传送所述同步信号所花费的时间与生成和传送所述功率信号所花费的时间相同。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述通信接口是低电压差分信号(LVDS)通信接口。

7.根据权利要求5所述的设备，进一步包括校正模块，所述校正模块被连接在所述产生模块与所述开关之间，其中所述校正模块被配置为：基于所述同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的功率供应信号，生成针对所述开关的传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述校正模块包括第二延迟锁定回路，所述第二延迟锁定回路被配置为：基于所述同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的所述功率供应信号，生成针对所述开关的所述传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述产生模块进一步包括周期校正器，所述周期校正器被连接在所述第一延迟锁定回路与所述通信接口之间，其中所述周期校正器被配置为基于所述同步信号生成修改的同步信号，以便在所述开关上施加传导周期，其中所述第二延迟锁定回路进一步被配置为：基于所述修改的同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的所述功率供应信号，生成针对所述开关的所述传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步，同时遵循所施加的所述传导周期，并且其中所述同步信号等同于所述修改的同步信号。

10.根据权利要求4所述的设备，其中所述开关是金属氧化物半导体(MOS)晶体管。

11.一种飞行时间传感器，包括：

光源，被配置为发射光信号；

光接收像素阵列，被配置为接收由障碍物所反射的所述光信号；以及

同步设备，被配置为同步所述光信号的发射和接收，所述同步设备包括：

功率控制电路，被配置为基于用于控制所述传感器的控制信号，生成和传送功率信号，其中所述功率信号被配置为向所述光接收像素阵列供应功率；

开关，被配置为向所述光源供应功率；以及

产生模块，被配置为：

基于所述控制信号产生同步信号；以及

向所述开关传送所述同步信号，使得产生和传送所述同步信号所花费的时间与生成和传送所述功率信号所花费的时间相同。

12.根据权利要求11所述的飞行时间传感器，其中所述产生模块包括：

第一延迟锁定回路，其中所述第一延迟锁定回路被配置为基于所述控制信号产生所述同步信号；以及

通信接口，被连接到所述第一延迟锁定回路，其中所述通信接口被配置为向所述开关传送所述同步信号，使得产生和传送所述同步信号所花费的时间与生成和传送所述功率信号所花费的时间相同。

13.根据权利要求12所述的飞行时间传感器，其中所述通信接口是低电压差分信号(LVDS)通信接口。

14.根据权利要求12所述的飞行时间传感器，进一步包括校正模块，所述校正模块被连接在所述产生模块与所述开关之间，其中所述校正模块被配置为：基于所述同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的功率供应信号，生成针对所述开关的传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步。

15.根据权利要求14所述的飞行时间传感器，其中所述校正模块包括第二延迟锁定回路，所述第二延迟锁定回路被配置为：基于所述同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的所述功率供应信号，生成针对所述开关的所述传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步。

16.根据权利要求15所述的飞行时间传感器，其中所述产生模块进一步包括周期校正器，所述周期校正器被连接在所述第一延迟锁定回路与所述通信接口之间，其中所述周期校正器被配置为：基于所述同步信号生成修改的同步信号，以便在所述开关上施加传导周期，其中所述第二延迟锁定回路进一步被配置为：基于所述修改的同步信号、以及用于向所述光源供应所述功率的所述功率供应信号，生成针对所述开关的所述传导信号，使得所述功率供应信号与所述同步信号同步，同时遵循所施加的所述传导周期，并且其中所述同步信号等同于所述修改的同步信号。

17.根据权利要求11所述的飞行时间传感器，进一步包括控制模块，所述控制模块被连接到所述功率控制电路和所述产生模块，并且所述控制模块被配置为生成所述控制信号。

18.根据权利要求11所述的飞行时间传感器，进一步包括驱动模块，所述驱动模块被连接到所述光源，并且被配置为驱动所述光源。

19.根据权利要求11所述的飞行时间传感器，其中所述开关是金属氧化物半导体(MOS)晶体管。

20.根据权利要求11所述的飞行时间传感器，其中所述光源是发光二极管，并且所述光信号是激光信号。

Images