CN116113844A - 间接ToF传感器、堆叠式传感器芯片以及使用该传感器和芯片测量到物体的距离的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量到物体的距离的方法，包括：从至少一个光源发射脉冲光；通过至少一个第一光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷，其中，所述第一光电探测器包括多个抽头；通过至少一个第二光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷，其中，所述第二光电探测器包括多个抽头且面积大于所述第一光电探测器的面积，其中，同时执行通过所述至少一个第一光电探测器中的每个抽头在所述预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤和通过所述至少一个第二光电探测器中的每个抽头在所述预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤，所述方法还包括：在通过所述至少一个第一光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤和通过所述至少一个第二光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤之后被重复预定次数后，输出由所述至少一个第一光电探测器中的抽头和所述第二光电探测器中的抽头存储的信号电荷，作为光接收信号；根据通过反射光输出光接收信号的所述至少一个第一光电探测器中的抽头，以及根据通过所述反射光输出光接收信号的所述至少一个第二光电探测器中的抽头，确定与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器的距离，其中，所述反射信号是反射到物体上的发射脉冲光。
Description
技术领域
本发明涉及间接ToF传感器、堆叠式传感器芯片以及使用该传感器和芯片测量到物体的距离的方法。
背景技术
近来，对三维传感的需求一直在增加。还提出了包括深度成像摄影头的移动设备。传统上，多摄像头视差系统称为实现三维传感和深度成像的方法。然而，多摄像头视差系统通常很大，操作复杂。这种系统的深度测量精度是不够的。因此，最近使用了使用红外光的深度传感器，而不是多摄像头视差系统。
飞行时间(Time-of-Flight，ToF)系统称为使用红外光的深度传感器。市售产品主要采用间接ToF系统。
间接ToF方法通过使用多抽头检测节点之间的信号比来测量光的飞行时间。图12示出了一种使用传统ToF传感器测量到物体的距离的方法。间接ToF传感器以预定周期T从光源发射脉冲光10。光10被反射在物体上，并作为反射光12回到间接ToF传感器，并撞击光电探测器。光电探测器包括多个用于存储信号电荷的抽头。光电探测器存储通过吸收反射在物体上的光12而产生的信号电荷。在重复发射光10并根据抽头反射光12存储信号电荷预定次数之后，光电探测器将存储的信号电荷从抽头输出到检测节点作为光接收信号。在图12所示的示例中，光电探测器包括抽头
和
抽头
和
以预定周期顺序激活，并存储信号电荷。激活抽头
的定时与光10的脉冲同步。反射光12在抽头
被激活的期间和抽头
被激活的期间撞击光电探测器。例如，在图12中，80％的反射光12在抽头
被激活的期间撞击光电探测器，20％的反射光12在抽头
被激活的期间撞击光电探测器。因此，存储在抽头
中并从抽头
输出的光接收信号与存储在抽头
中并从抽头
输出的光接收信号的比率为8:2。由于根据反射光12撞击光电探测器的时间，从抽头
和
输出的光接收信号的比率变化，因此可以从光接收信号的比率确定反射光12回来的时间，因此可以测量到物体的距离。
如果光电探测器布置在阵列中，则映射阵列上不同位置到物体的距离，并可以获得深度图像。
在间接ToF方法中，反射在物体上的光的强度与到目标物体的距离的平方的倒数成正比。换句话说，由于反射在光电探测器附近的物体上的光强度较大，光可以很容易地使存储节点饱和。另一方面，反射在远离光电探测器的物体上的光强度较小，反射光产生的信号电荷较小。因此，并不容易检测到反射光。
发射光的频率和脉冲宽度对于确定距离的准确性非常重要。一般来说，当光以更高的频率或更窄的脉冲宽度发射时，确定距离的精度会提高。然而，由于激活抽头时的频率必须短于光的飞行时间，因此在较高频率下的操作会减小可测量距离的范围。因此，宽范围距离测量通常通过使用在发射具有不同脉冲频率的脉冲光的至少两个帧中获得的数据来实现。然而，当使用为附近对象获取数据的帧和为远处对象获取数据的帧时，如果对象在这两个帧之间移动，由于读取时间长，可能会发生运动模糊。此外，对于这些帧的发射，可能需要多种光源。
发明内容
本发明要解决的问题
需要：间接ToF传感器，用单帧或单光源实现从短距离到长距离的宽范围测量；间接ToF传感器的堆叠式传感器芯片和电子电路；通过传感器和芯片测量到物体的距离的方法。
解决问题的方法
根据本发明的第一方面提供了一种测量到物体的距离的方法，包括：
从至少一个光源发射脉冲光；
通过至少一个第一光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷，其中，所述第一光电探测器包括多个抽头；
通过至少一个第二光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷，其中，所述第二光电探测器包括多个抽头且面积大于所述第一光电探测器的面积，
其中，同时执行通过所述至少一个第一光电探测器中的每个抽头在所述预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤和通过所述至少一个第二光电探测器中的每个抽头在所述预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤，
所述方法还包括：
在通过所述至少一个第一光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤和通过所述至少一个第二光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤之后被重复预定次数后，输出由所述至少一个第一光电探测器中的抽头和所述第二光电探测器中的抽头存储的信号电荷，作为光接收信号；
根据通过反射光输出光接收信号的所述至少一个第一光电探测器中的抽头，以及根据通过所述反射光输出光接收信号的所述至少一个第二光电探测器中的抽头，确定与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器的距离，其中，所述反射信号是反射到物体上的发射脉冲光。
关于根据本发明的所述第一方面，所述至少一个光源可以仅包括一个光源。
关于根据本发明的所述第一方面，所述第二光电探测器中的抽头数可以大于所述第一光电探测器中的抽头数。
关于根据本发明的所述第一方面，第一和第二光电探测器可以布置成阵列；
所述方法还可以包括：根据从所述第一光电探测器到从所述第一光电探测器确定的物体的距离和根据从所述第二光电探测器到从所述第二光电探测器确定的物体的距离，以二维方式获得表示到所述物体的距离的深度图像。
关于根据本发明的所述第一方面，当所述反射光从所述第二光电探测器中的抽头输出的所述光接收信号饱和时，所述方法还包括：通过插值从所述多个第一光电探测器到所述物体的距离，确定从所述第二光电探测器到所述物体的距离。
关于根据本发明的所述第一方面，当所述反射光从所述第一光电探测器中的抽头输出的光接收信号小于或等于预定值时，所述方法还可以包括通过插值从所述多个第二光电探测器到所述物体的距离，确定从所述第一光电探测器到所述物体的距离。
关于根据本发明的所述第一方面，通过所述第一光电探测器中的所有抽头顺序存储信号电荷的周期可以在通过所述第二光电探测器中的所有抽头顺序存储信号电荷的周期内重复了多次；
从所述第一光电探测器到所述物体的距离可以根据所述反射光从所述第二光电探测器中的抽头输出的所述光接收信号和根据所述反射光从所述第一光电探测器的抽头输出的所述光接收信号确定的。
关于根据本发明的所述第一方面，所述第一光电探测器至少可以包括第一组第一光电探测器和第二组第一光电探测器；
通过所述第一光电探测器的抽头在预定周期内顺序存储信号电荷可以包括：
通过所述第一组第一光电探测器中的每个抽头顺序存储信号电荷；
在从所述第一组第一光电探测器中的每个抽头顺序存储信号电荷的定时相移的定时上，通过所述第二组第一光电探测器中的每个抽头顺序存储信号电荷。
根据本发明的第二方面，提供了一种间接ToF传感器，包括：
至少一个光源；
光电探测器阵列，包括至少第一光电探测器和第二光电探测器，
其中，所述第二光电探测器的面积大于所述第一光电探测器的面积。
关于根据本发明的所述第二方面，所述至少一个光源可以仅包括一个光源。
关于根据本发明的所述第二方面，所述第一光电探测器可以包括多个抽头；
所述第二光电探测器包括的抽头数比所述第一光电探测器包括的抽头数多。
根据本发明的第三方面，提供了一种堆叠式传感器芯片，包括：
本发明的所述第二方面的间接ToF传感器；
包括电子电路的芯片，
其中，所述间接ToF传感器和所述芯片堆叠并彼此电耦合。
关于根据本发明的所述第三方面，所述电子电路可以控制所述间接ToF传感器；
所述电子电路可以处理来自所述间接ToF传感器的光接收信号。
发明效果
根据本发明的各方面，可以提供：间接ToF传感器，用单帧或单光源实现从短距离到长距离的宽范围测量；间接ToF传感器的堆叠式传感器芯片和电子电路；通过传感器和芯片测量到物体的距离的方法。
附图简要说明
图1为本发明第一实施例提供的间接ToF传感器的平面图。
图2为本发明第一实施例提供的通过间接ToF传感测量到物体的距离的方法的示意图。
图3为本发明第一实施例提供的通过间接ToF传感器测量到附近物体距离的方法的示意图。
图4为本发明第一实施例提供的通过间接ToF传感器测量到远处物体距离的方法的示意图。
图5为本发明第一实施例提供的通过间接ToF传感生成深度图像的方法的示意图。
图6为本发明第二实施例提供的间接ToF传感器的平面图。
图7为本发明第二实施例提供的通过间接ToF传感测量到物体的距离的方法的示意图。
图8为本发明第二实施例提供的通过间接ToF传感生成深度图像的方法的示意图。
图9为本发明第三实施例提供的间接ToF传感器的平面图。
图10为本发明第三实施例提供的通过间接ToF传感测量到物体的距离的方法的示意图。
图11为本发明提供的堆叠式传感器芯片的横截面图。
图12为通过传统间接ToF传感器测量到物体的距离的示意图。
具体实施方式
图1为本发明第一实施例提供的间接飞行时间(Time-of-Flight，ToF)传感器的平面图。图1中所示的间接ToF传感器至少包括第一光电探测器2和第二光电探测器4。第一光电探测器2和第二光电探测器4布置成阵列，形成光电探测器阵列1。第二光电探测器4的面积大于第一光电探测器2的面积。间接ToF传感器包括至少一个未示出的光源。光电探测器阵列1可以包括第三光电探测器、第四光电探测器……面积与第一光电探测器2和第二光电探测器4的面积不同。至少一个光源可以包括单光源。
第一光电探测器2包括多个未示出的抽头。例如，第一光电探测器2包括抽头
和抽头
第二光电探测器4包括多个未示出的抽头。例如，第二光电探测器4包括与第一光电探测器2的数量相同的抽头
和抽头
这里的抽头至少包括用于输出信号电荷的端口和用于控制信号电荷输出到端口的栅极。抽头还可以包括用于存储信号电荷的电容器和用于控制信号电荷在电容器中的存储和来自电容器的信号电荷的输出的栅极。
图2为第一实施例提供的通过间接ToF传感测量到物体8的距离D的方法的示意图。从间接ToF传感器的光源发射的光10反射到物体8上，并作为反射光12返回到间接ToF传感器。从间接ToF传感器到物体8的距离D可以根据从发射光10到反射光12返回到间接ToF传感器的时间来测量。
图3示出了本发明第一实施例提供的通过间接ToF传感器测量到附近物体8的距离D的方法。图4示出了本发明第一实施例提供的通过间接ToF传感器测量到比图3的情况更远的物体8的距离D的方法。
间接ToF传感器的光源发射具有预定周期时间和预定宽度的脉冲光10。光10可以具有任何波长。红外光是优选的，因为红外光是人类看不见的。反射在物体8上的光作为反射光12撞击间接ToF传感器，相对于光10的发射具有延迟。延迟与到物体8的距离成正比。
在本发明实施例中，例如，第一光电探测器2包括抽头
和抽头
抽头
通过同
步来自光源的光10的发射而被激活，并且抽头
将对应于在激活抽头
的期间撞击第一光电探测器2的光的信号电荷存储在例如未示出的存储电容器中。在抽头
的激活完成后，抽头
被激活。抽头
将对应于在激活抽头
的期间撞击第一光电探测器2的光的信号电荷存储在例如未示出的存储电容器中。在抽头
的激活结束后，抽头
和抽头
依次再次激活。激活抽头的持续时间优选彼此相等。
在图3所示的示例中，例如，第一光电探测器4包括抽头
和抽头
抽头
通过同步来自光源的光的发射而被激活，并且将对应于在激活抽头
的期间撞击第二光电探测器4的光的信号电荷存储在例如未示出的存储电容器中。在抽头
的激活完成后，抽头
被激活。抽头
将对应于在激活抽头
的期间撞击第二光电探测器4的光的信号电荷存储在例如未示出的存储电容器中。在抽头
的激活结束后，抽头
和抽头
依次再次激活。激活第二光电探测器4的抽头的持续时间优选彼此相等，并且等于第一光电探测器2的抽头的持续时间和循环时间。
在上述循环之后，即，脉冲光10的发射和与光10的发射同步的第一光电探测器2和第
二光电探测器4的抽头
和
的激活被重复预定次数，存储在每个存储电容器中的信号电荷作为光接收信号输出。例如，通过在1毫秒的持续时间内以100MHz的频率输出脉冲光10来重复循环。在经过持续时间后，存储的信号电荷作为光接收信号输出。
在图3中，由于反射光12以与到物体8的距离成比例的延迟撞击间接ToF传感器，因此反射光12在激活第一光电探测器2的抽头
和抽头
的周期以及激活抽头
和第二光电探测器4的
的周期中撞击间接ToF传感器。例如，在图3中，80％的反射光12在激活抽头
的期间撞击第一光电探测器2和第二光电探测器4，在激活抽头
的期间，20％的反射光12撞击第一光电探测器2和第二光电探测器4。
另一方面，在图4中，由于与图3所示的情况相比，反射光12的返回延迟，因此在激活抽头
的期间，反射光12撞击第一光电探测器2和第二光电探测器4的速率减小，并且在激活抽头
的期间，反射光12撞击第一光电探测器2和第二光电探测器4的速率增大。例如，在图4中，20％的反射光12在激活抽头
期间撞击第一光电探测器2和第二光电探测器4，80％的反射光12在激活抽头
期间撞击第一光电探测器2和第二光电探测器4。因此，从光10的发射到反射光12的返回的时间可以从抽头
输出的光接收信号的量与抽头
输出的光接收信号的量之间的比率获得。由于从光10的发射到反射光12的返回的时间与从间接ToF传感器到物体8的距离D成比例，因此可以根据从抽头
输出的光接收信号的量与从抽头
输出的光接收信号的量来确定从间接ToF传感器到物体8的距离D。
反射光12的强度与到物体8的距离D的平方的倒数成正比地减小。在第一光电探测器2的面积适合来自附近物体8的反射光12的强度的情况下，第一光电探测器2存储的来自远处物体8的反射光12的信号电荷减少，并且信噪比可能降低。因此，通过第一光电探测器2测量到远处物体8的距离D可能不是优选的。另一方面，由于第二光电探测器4的面积大于第一光电探测器2的面积，因此第二光电探测器4的灵敏度大于第一光电探测器2的灵敏度，并且适合于较小的光强度。因此，第二光电探测器4的大面积适合远处物体8的反射光12的强度。然而，在这种情况下，当具有大强度的反射光12从附近物体8撞击第二光电探测器4时，第二光电探测器4可能变得饱和。因此，通过第二光电探测器4测量到远处物体8的距离D可能不是优选的。因此，在根据第一实施例的间接ToF传感器中，第一光电探测器2可以优选用于测量到附近物体的距离，第二光电探测器4可以优选用于测量到远处物体的距离。
图5示出了第一实施例提供的关于这种间接ToF传感器的用于以二维方式生成表示到对象8的距离的深度图像的方法。
如上文所论述，反射光12的强度与到物体8的距离D的平方的倒数成正比地减小。如果到物体8的距离D较小，则反射光12具有大的强度，并且具有大面积的第二光电探测器4可能变得饱和。因此，从第二光电探测器4的抽头输出的光接收信号的比率可以与在第二光电探测器4的抽头的激活周期内撞击的反射光的比率不一致。在这种情况下，可以仅根据来自第一光电探测器2的光接收信号生成深度图像，而不使用来自第二光电探测器4的输出。具体地，当来自附近物体8的反射光12撞击光电探测器阵列1并且第二光电探测器4如图5(a)所示饱和时，来自第二光电探测器4的光接收信号被忽略，如图5(b)所示。然后，通过插值来自第一光电探测器2的光接收信号，如图5(c)所示，导出第二光电探测器4位置处的距离D的数据，以便获得深度图像。
另一方面，当到物体8的距离D较大时，反射光12的强度小，并且从具有小面积的第一光电探测器2输出的光接收信号可能变得小。因此，信噪比可能会降低，并且可能很难准确检测出距离D。在这种情况下，可以仅根据来自第二光电探测器4的光接收信号生成深度图像，而不使用来自第一光电探测器2的输出。具体地，当反射光12从图5(a)所示的远处物体8撞击光电探测器阵列1时，并且来自第一光电探测器2的光接收信号小于或等于预定阈值时，如图5(d)所示，忽略来自第一光电探测器2的光接收信号。然后，通过插值来自第二光电探测器4的光接收信号，如图5(e)所示，导出第一光电探测器2位置处的距离D的数据，以便获得深度图像。
如果从第一光电探测器2输出的光接收信号大于阈值，并且第二光电探测器4未饱和，则可以根据来自第一光电探测器2的光接收信号生成图5(c)所示的深度图像，并且可以根据来自第二光电探测器4的光接收信号生成图5(e)中所示的深度图像。两个深度图像可以如图5(f)所示结合，生成图5(g)所示的最终深度图像。
当物体8位于间接ToF传感器附近时，光10的较短脉冲宽度提高了短范围内距离D的准确度，因此是优选的。然而，当物体8远离间接ToF传感器时，在反射光12回到间接ToF传感器之前，光10的下一次发射和距离的测量开始。如果也需要测量远处物体8，脉冲光的频率应该较低。然而，在这种情况下，脉冲光的低频降低了到附近物体8的距离D的测量准确度。
图6为本发明第二实施例提供的间接ToF传感器的平面图。图7为本发明第二实施例提供的通过间接ToF传感测量到物体的距离的方法的示意图。本发明第二实施例提供的间接ToF传感器可以适应对远处物体的测量，并提高附近物体的测量准确度。
如图6所示，本发明第二实施例提供的间接ToF传感器的光电探测器阵列21至少包括第一光电探测器22和第二光电探测器24，第二光电探测器24的面积大于与本发明第一实施例提供的间接ToF传感器的光电探测器阵列1相似的第一光电探测器22的面积。
第一光电探测器22包括多个未示出的抽头。例如，第一光电探测器22包括抽头
和抽头
第二光电探测器24包括未示出的抽头，其抽头数大于第一光电探测器22的抽头数。例如，第二光电探测器24包括抽头
至
图7(a)示出了通过间接ToF传感器测量到附近物体8的距离D的方法。在这种情况下，如参考图3讨论的第一实施例，反射在物体8上的光12在激活第一光电探测器22的抽头
的周期和激活第一光电探测器22的抽头
的周期中撞击第一光电探测器22。可以根据从抽头
和
输出的光接收信号之间的比率来确定从光10的发射到反射光12的返回的时间，即，到物体8的距离D。
图7(b)示出了通过间接ToF传感器测量到附近物体8的距离D的方法。在第二光电探测器24的所有抽头
至
顺序存储信号电荷的循环中，第一光电探测器22的所有抽头
和
顺序存储信号电荷的循环被重复多次，在图7(b)所示的示例中为两次。反射光12在激活第一光电探测器22的抽头
和
的第二周期内撞击第一光电探测器22，并且反射光12在激活第二光电探测器24的抽头
和
的周期内撞击第二光电探测器24。由第一光电探测器22的抽头
和
存储的信号电荷应与图7(a)所示的附近物体8的反射光12引起的信号电荷区分开来。在这种情况下，根据由第二光电探测器24的抽头
和
存储的信号电荷，可以将从第一光电探测器22输出的光接收信号确定为在激活抽头
和
的第二周期内存储的信号。然后，通过使用从第一光电探测器22的抽头
和
输出的光接收信号，可以使得由第二光电探测器24获得的关于远处物体8的深度图像的分辨率更高。
图8示出了本发明第二实施例提供的生成具有间接ToF传感器通过图7的方法测量的到物体8的距离的改进技术方案的深度图像的方法。如上文所论述，反射光12的强度与到物体8的距离D的平方的倒数成正比地减小。因此，如果到物体8的距离D较小，则反射光12可以具有大的强度，并且具有大面积的第二光电探测器24可能变得饱和。因此，从第二光电探测器24的抽头输出的光接收信号的比率可以与在激活第二光电探测器24的抽头的周期内撞击第二光电探测器24的反射光的比率不一致。在这种情况下，可以仅根据来自第一光电探测器22的光接收信号生成深度图像，而不使用来自第二光电探测器24的输出。具体地，来自附近物体8的反射光12撞击图8(a)中的光电探测器阵列21。如果第二光电探测器24变得饱和，则来自第二光电探测器24的光接收信号可以被忽略，如图8(b)所示。然后，可以通过插值来自第一光电探测器22的光接收信号来确定第二光电探测器24位置处的距离D的数据，生成图8(c)所示的深度图像。
另一方面，如果到物体8的距离D较大，反射光12可以具有较小的强度，并且由具有较小面积的光电检测器22存储的信号电荷变得更小。然后，信噪比可能会降低，并且可能很难准确检测出距离D。在这种情况下，可以仅根据来自第二光电探测器24的光接收信号生成深度图像，而不使用来自第一光电探测器22的光接收信号。具体地，当来自远处物体8的反射光12撞击光电探测器阵列21并且来自第一光电探测器22的光接收信号小于或等于图8(a)中的预定阈值时，来自第一光电探测器22的光接收信号被忽略，如图8(d)所示。然后，通过插值来自第二光电探测器24的光接收信号，导出第一光电探测器22位置处的距离D的数据，生成如图8(e)所示的深度图像。
当从第一光电探测器22输出的光接收信号大于阈值且第二光电探测器24未饱和时，可以根据来自图8(c)所示的第一光电探测器22的光接收信号的深度图像生成深度图像，并且根据来自图8(e)中所示的第二光电探测器24的光接收信号生成深度图像，将这两个深度图像结合，生成图8(f)中所示的最终深度图像。
这样，间接ToF传感器可以通过缩短光10的脉冲宽度来提高附近物体的测量准确度，并且可以通过增加第二光电探测器24的抽头数来适应远处物体的测量。
图9为本发明第三实施例提供的间接ToF传感器的平面图。图10示出了本发明第三实施例提供的通过间接ToF传感测量到物体的距离的方法。
如果在间接ToF传感器测量方法中，在测量到物体的距离时试图消除环境光的影响，则通过将激活抽头的相位移动90度来获得两个图像。然而，由于这样的操作捕获了两个图像，因此需要两个帧来获得一个深度图像，因此时间分辨率降低。
根据第三实施例的间接ToF传感器的光电探测器阵列31包括第一组第一光电探测器32-1和第二组第一光电探测器32-2，以及第二光电探测器34，如图9所示。第一组第一光电探测器32-1和第二组第一光电探测器32-2具有相同的面积和相同的抽头数量。第二光电探测器34的面积大于第一组光电探测器32-1和第二组第一光电探测器32-2的的面积，并且抽头数大于第一组光电探测器32-1和第二组第一光电探测器32-2的抽头数。例如，在图9所示的示例中，第一光电探测器32-1、32-2分别包括两个抽头
第二光电探测器34可以包括四个抽头
至
如图10所示，激活第二组第一光电探测器32-2的抽头
和
的定时从激活第一组第一光电探测器32-1的抽头
和
的定时偏移90度的相位。因此，由第一组第一光电探测器32-1的抽头
和
存储的信号电荷构成第一帧，由第二组第一光电探测器32-2的抽头
和
存储的信号电荷构成第二帧。比较这两个帧，可以消除环境光的影响。
反射光12在两个周期内撞击第二光电探测器34，激活四个抽头中的两个抽头。例如，在图10的示例中，反射光12在激活抽头
和
的周期内撞击第二光电探测器34。因此，总是有两个连续的周期激活两个抽头，在此周期内反射光12不撞击第二光电探测器34。在反射光12撞击的激活周期内，来自两个抽头的光接收信号被视为第一帧；在反射光12不撞击的激活周期内，来自两个抽头的光接收信号被视为第二帧。比较这两个帧，可以消除环境光的影响。
图11为本发明实施例提供的堆叠式传感器芯片的横截面图。堆叠式传感器芯片26包括堆叠的结构，其中，光电探测器阵列1的芯片28和电子电路芯片18堆叠。电子电路芯片18可以包括用于控制未示出的光源和光电探测器阵列1的光电探测器的抽头的控制电路。电子电路芯片18还可以包括用于处理从光电探测器输出的光接收信号的处理电路。用于控制光电探测器阵列1的光电探测器的抽头并将从抽头输出的光接收信号传输到电子电路芯片18的布线14可以以预定的方式集成为几个组。集成布线14可以在耦合部分16处与电子电路芯片18电耦合。
由于本发明实施例提供的光电探测器阵列1的每个光电探测器包括多个抽头，因此光电探测器阵列1可以包括用于控制抽头和传输光接收信号的大量布线，因此与电子电路芯片18的耦合可能会较复杂。然而，图11中所示的堆叠式传感器芯片26可以集成与光电探测器阵列1耦合的布线，以简化光电探测器阵列1和电子电路芯片18之间的通信。此外，由于光电探测器阵列1和电子芯片18可以在单独的过程中制造，并且可以在最后步骤中相互耦合，因此可以简化制造工艺。此外，由于在其上设置了许多光电探测器阵列1的晶片和在其上设置了许多电子电路芯片18的晶片可以接合并可以切割成芯片，因此制造过程可以更简化。
虽然本发明的实施例已经作为示例进行了说明，但本领域的技术人员将容易理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以实施各种修改和变化。
名称
1、21和31：光电探测器阵列
2和22：第一光电探测器
4和24：第二光电探测器
8：物体
10：光
12：反射光
14：布线
16：耦合部分
18：电子电路芯片
26：堆叠式传感器芯片
28：光电探测器阵列芯片
32-1：第一组第一光电探测器
32-2：第二组第一光电探测器
34：第二光电探测器
Claims (13)
1.一种测量到物体的距离的方法，其特征在于，包括：
从至少一个光源发射脉冲光；
通过至少一个第一光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷，其中，所述第一光电探测器包括多个抽头；
通过至少一个第二光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷，其中，所述第二光电探测器包括多个抽头且面积大于所述第一光电探测器的面积，
其中，同时执行通过所述至少一个第一光电探测器中的每个抽头在所述预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤和通过所述至少一个第二光电探测器中的每个抽头在所述预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤，
所述方法还包括：
在通过所述至少一个第一光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤和通过所述至少一个第二光电探测器中的每个抽头在预定周期内顺序存储由接收光产生的信号电荷的步骤之后被重复预定次数后，输出由所述至少一个第一光电探测器中的抽头和所述第二光电探测器中的抽头存储的信号电荷，作为光接收信号；
根据通过反射光输出光接收信号的所述至少一个第一光电探测器中的抽头，以及根据通过所述反射光输出光接收信号的所述至少一个第二光电探测器中的抽头，确定与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器的距离，其中，所述反射信号是反射到物体上的发射脉冲光。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个光源仅包括一个光源。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二光电探测器中的抽头数大于所述第一光电探测器中的抽头数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器布置成阵列，
所述方法还包括：根据从所述第一光电探测器到从所述第一光电探测器确定的物体的距离和根据从所述第二光电探测器到从所述第二光电探测器确定的物体的距离，以二维方式获得表示到所述物体的距离的深度图像。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述反射光从所述第二光电探测器中的抽头输出的所述光接收信号饱和时，所述方法还包括：通过插值从所述多个第一光电探测器到所述物体的距离，确定从所述第二光电探测器到所述物体的距离。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述反射光从所述第一光电探测器中的抽头输出的光接收信号小于或等于预定值时，所述方法还包括通过插值从所述多个第二光电探测器到所述物体的距离，确定从所述第一光电探测器到所述物体的距离。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述第一光电探测器中的所有抽头顺序存储信号电荷的周期在通过所述第二光电探测器中的所有抽头顺序存储信号电荷的周期内重复了多次；
从所述第一光电探测器到所述物体的距离是根据所述反射光从所述第二光电探测器中的抽头输出的所述光接收信号和根据所述反射光从所述第一光电探测器的抽头输出的所述光接收信号确定的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光电探测器至少包括第一组第一光电探测器和第二组第一光电探测器；
通过所述第一光电探测器的抽头在预定周期内顺序存储信号电荷包括：
通过所述第一组第一光电探测器中的每个抽头顺序存储信号电荷；
在从所述第一组第一光电探测器中的每个抽头顺序存储信号电荷的定时相移的定时上，通过所述第二组第一光电探测器中的每个抽头顺序存储信号电荷。
9.一种间接ToF传感器，其特征在于，包括：
至少一个光源；
光电探测器阵列，包括至少第一光电探测器和第二光电探测器，
其中，所述第二光电探测器的面积大于所述第一光电探测器的面积。
10.根据权利要求9所述的间接ToF传感器，其特征在于，所述至少一个光源仅包括一个光源。
11.根据权利要求9所述的间接ToF传感器，其特征在于，所述第一光电探测器包括多个抽头；
所述第二光电探测器包括的抽头数比所述第一光电探测器包括的抽头数多。
12.一种堆叠式传感器芯片，其特征在于，包括：
根据权利要求9至11中任一项所述的间接ToF传感器；
包括电子电路的芯片，
13.其中，所述间接ToF传感器和所述芯片堆叠并彼此电耦合。根据权利要求12所述的堆叠传感器芯片，其特征在于，所述电子电路控制所述间接ToF传感器；
所述电子电路处理来自所述间接ToF传感器的光接收信号。
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