CN210572735U - Tof传感器 - Google Patents

Abstract

一种TOF传感器，所述TOF传感器，包括：发光模块，包括发光器件和驱动单元，所述驱动单元用于控制所述发光器件的导通或断开状态，所述发光器件和驱动单元均设置于同一共温区域内，所述发光模块用于在共温区域达到预设温度时发出脉冲检测光；温度传感模块，设置于所述共温区域，用于检测所述共温区域的温度；反馈模块，连接至所述温度传感模块，根据所述温度传感模块检测到的所述共温区域的温度，计算将所述共温区域加热至预设温度时的热量控制策略；控制模块，与所述发光模块和反馈模块连接，用于根据所述反馈模块计算的热量控制策略，控制所述发光模块将共温区域加热至预设温度。所述TOF传感器的检测结果的温度补偿校准难度下降。

Description

TOF传感器

技术领域

本实用新型涉及传感技术领域，尤其涉及一种TOF传感器。

背景技术

飞行时间法(Time Of Flight，TOF)通过测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔或激光往返被测物体一次所产生的相位来实现对被测物体的三维结构或三维轮廓的测量。TOF测量仪器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。

飞行时间(TOF)传感器一般包括：光源模块和感光模块；所述光源模块用于发射特定波段和频率的脉冲检测光，所述检测光在被测物体的表面发生反射，反射光被所述感光模块所接收；所述感光模块根据发射光波和接收光波之间的时间差或者相位差计算出被测物体的距离信息。

所述光源模块包括驱动电路以及发光部件。由于驱动电路和发光部件随温度变化会导致电路延迟或者发光效率的变化。一般的，温度上升，电学器件的延迟变大，因而时序发生变化。而发光部件，例如激光器、LED也有发光效率较高的温度范围，温度的变化会使得发光部件的发光效率随之改变。对于TOF传感器，光源模块的发光时序或者发光效率发生变化会严重影响距离测量的精度。现有TOF传感器而言，温度每变化1℃，就会引起驱动电路延迟约16.7ps，影响距离判断的线性偏差约5mm，严重影响测量准确性。而温度影响导致的发光效率的变化，会造成信噪比的波动，从而影响距离测量的精度。

现有技术中，通常会在发光模块电路中增加温度传感模块，根据温度变化，通过算法对检测结果进行温度补偿校准。在TOF传感器工作的温度范围较大的情况下，为了提高检测精度，需要获取多个温度下的校准参数，从而需要的校正参数较多，计算复杂，且算法校正的温度变化范围有限。

因此，如何降低由于温度变化对于TOF传感器的检测精度的影响是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种TOF传感器，降低TOF传感器温度补偿校准的难度。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种TOF传感器，包括：发光模块，包括发光器件和驱动单元，所述驱动单元用于控制所述发光器件的导通或断开状态，所述发光器件和驱动单元均设置于同一共温区域内，所述发光模块用于在共温区域达到预设温度时发出脉冲检测光；温度传感模块，设置于所述共温区域，用于检测所述共温区域的温度；反馈模块，连接至所述温度传感模块，根据所述温度传感模块检测到的所述共温区域的温度，计算将所述共温区域域加热至预设温度时的热量控制策略；控制模块，与所述发光模块和反馈模块连接，用于根据所述反馈模块计算的热量控制策略，控制所述发光模块将共温区域加热至预设温度。

可选的，所述控制模块连接至所述发光器件，用于控制经过发光器件的加热电流，使得所述发光器件对所述共温区域进行加热。

可选的，所述加热电流小于所述发光器件的发光电流阈值。

可选的，所述驱动单元包括开关元件，所述开关元件连接于所述发光器件的阴极与接地端之间，一控制源通过一缓冲器，连接至所述开关元件的控制端；所述控制模块还连接至所述控制源连接，用于控制所述控制源的脉冲占空以及频率，以控制所述发光器件的加热时间。

可选的，还包括处理模块，所述处理模块内存储有预设温度下的校准参数，还用于根据所述校准参数，对被测物体的检测距离进行校准。

本实用新型的TOF传感器，在发射检测光进行距离检测之前，能够对所述发光器件以及驱动单元所在的共温区域进行加热至预设温度，使得距离检测在预设温度下进行。在后续对检测距离进行温度补偿校准时，仅需要采用该预设温度下的校准参数进行校准即可，从而可以降低温度补偿校准的难度。

附图说明

图1为本实用新型一具体实施方式的TOF传感器的结构示意图；

图2为本实用新型一具体实施方式的TOF传感器的发光器件与检测光的时序示意图；

图3为本实用新型一具体实施方式的TOF传感器的距离检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的TOF传感器及其距离检测方法、距离检测方法具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本实用新型一具体实施方式的TOF传感器的结构示意图。

所述TOF传感器包括：发光模块、温度传感模块102、反馈模块103以及控制模块104。

所述发光模块，包括发光器件D1和驱动单元1031，所述驱动单元1031用于控制所述发光器件D1的导通或断开状态。所述发光器件D1和驱动单元1031均设置于同一共温区域100内，所述发光模块用于在共温区域100达到预设温度时发出脉冲检测光。

在一个具体实施方式中，所述发光器件D1为光电二极管，在其他具体实施方式中，所述发光器件D1为包含光电二极管元件的发光器件，例如LED二极管、激光二极管或VCSEL激光器等，所述发光器件D1的电流越大，所述发光器件D1发出的光强越大，光功率越大。

所述驱动单元1031包括一开关元件M1，连接于所述发光器件D1的阴极与接地端之间，控制源S1通过一缓冲器B1，连接至所述开关元件M1的控制端，用于控制所述开关元件M1的通断状态，从而控制所述发光器件D1的导通或断开状态。所述控制源S1可以为电压源或电流源。所述发光器件D1是否发光由所述驱动单元1031控制，而所述发光器件D1的发光电流由所述发光器件D1阳极所输入的光源电压VDD_LD决定。所述开关元件M1可以由一个或多个半导体器件组成。

所述发光模块还包括一电容C，所述电容C一端接地，另一端连接至所述可调电压源模块1042的输出端，用于稳定所述发光器件D1阳极端电压VDD_LD，避免VDD_LD发生快速变化。由于所述电容C的容抗作用，可调电压源模块1042的输出端电压发生变化时，需要一段时间，所述发光模块阳极端的阳极端电压VDD_LD才能与可调电压源模块1042的输出端电压一致。所述可调电压源模块102的输出端与所述电容C1之间连线内阻为R，所述光源模块的电压输入端的单次电压调整时间为T，T＝τ＝2π×RC。由于所述内阻R的阻值由线路决定，很难进行调整，因此，可以通过调整所述电容C的值，来调整光源模块的电压输入端的电压调整时间T。

所述共温区域100可以为一块电路板，所述发光器件D1与所述驱动单元1031设置于同一共温区域100内，所述发光器件D1与所述驱动单元1031的温度共同决定了所述共温区域100的温度。所述TOF传感器的其他模块可以设置于其他电路板上，使得所述共温区域100温度主要受到所述发光器件D1与所述驱动单元1031的影响，从而提高对所述共温区域100温度控制的准确性。

所述温度传感模块102，设置于所述共温区域100内，用于检测所述共温区域的温度。所述温度传感模块102包括至少一个温度传感器，设置于所述共温区域100内，实时检测所述共温区域100的温度。

所述反馈模块103与所述温度传感模块102连接，用于根据所述温度传感模块102检测到的所述共温区域100的温度，计算将所述共温区域100加热至预设温度时的热量控制策略。

所述控制模块104，与所述发光模块和反馈模块103连接，用于根据所述反馈模块103计算的热量控制策略，控制所述发光模块将所述共温区域100加热至预设温度。所述控制模块104包括电流控制逻辑单元1041和可调电压源单元1042。所述电流控制逻辑单元1041用于控制向所述可调电压源1042输入的电流，以控制所述可调电压源1042输出的电压VDD_LD。

所述共温区域100的温度会影响所述发光器件D1的发光效率，以及所述驱动单元1031的电路延迟，导致TOF传感器的检测结果随所述共温区域100的温度相关。在所述TOF传感器在开始工作之前，所述共温区域100的温度为环境温度，因此环境温度的高低，会影响到TOF传感器的检测精度。

所述温度传感模块102检测到所述共温区域100的温度，所述反馈模块103根据所述温度传感模块102检测到的温度，获得将所述共温区域100加热至预设温度的热量控制策略，并反馈给所述控制模块104。由于所述发光器件D1和所述驱动单元1031设置于所述共温区域100内，因此，所述控制模块104可以通过控制所述发光器件D1和所述驱动单元1031对所述共温区域进行加热。

在本实用新型的具体实施方式中，所述热量控制策略包括控制所述发光器件D1加热和/或者驱动单元1031加热。

该具体实施方式中，所述控制模块104连接至所述发光器件D1，用于控制经过发光器件D1的加热电流，使得所述发光器件D1对所述共温区域100进行加热。所述驱动单元1031控制所述发光器件D1导通的情况下，所述控制模块104控制输出至所述发光器件D1阳极端的电压VDD_LD，从而调整流经所述发光器件D1的电流。由于对所述共温区域100的加热，在所述TOF传感器进行距离检测之前进行，所述加热电流小于所述发光器件D1的发光电流阈值，因此，在通过所述发光器件D1进行加热前，所述发光器件D1不会发光，而仅等效于一电阻，产生热量，从而使得共温区域100的温度升高。所述反馈模块103可以实时获取所述温度传感模块102检测的共温区域100的温度，及时对热量控制策略进行调整。

在另一具体实施方式中，所述控制模块104还连接至所述控制源S1，用于控制所述控制源S1的脉冲占空比以及频率。所述控制源S1用于控制所述开关元件M1的开启和关断状态，通过控制所述控制源S1的占空比以及频率，可以控制所述开光元件M1的导通频率及每次导通的时间，从而控制所述发光元件D1的导通频率及每次导通的时间，最终实现对所述发光元件D1加热效率的控制。例如，所述控制源S1为脉冲控制信号，在高电平时，控制所述开光元件M1开启；所述控制模块104可以控制所述控制源S1的脉宽以及脉冲频率，使得所述开光元件M1实现周期性的开启与关断；从而使得所述发光器件D1周期性的对所述共温区域100进行加热。

在其他具体实施方式中，也可以通过控制所述控制源S1的大小，使得所述开关元件M1工作于线性区或截止区，从而调整所述驱动单元1031的热量，通过所述驱动单元1031对所述共温区域100进行加热。

当所述共温区域100被加热至预设温度后，所述控制模块104调整所述发光器件D1的导通电流，以及控制所述驱动单元1031，使得所述发光器件D1发出脉冲检测光，对待测物体进行距离检测。

在进行距离检测的过程中，所述温度传感模块102实时检测所述共温区域100的温度，当所述共温区域100的温度下降时，在检测光的发射间隙，可以继续将所述共温区域100加热至预设温度。当共温区域温度大于预设温度时，则通过检测光的发射间隙，关闭发光模块，使得所述共温区域进行散热直至温度下降至预设温度，再发射检测光，进行距离检测。

请参考图2，该具体实施方式中，在对发光器件D1施加稳定的周期性的发光电流之前，所述发光器件D1被施加一段时间较小的加热电流Q1，通过所述发光器件D1对所述共温区域100进行加热。而由于所述加热电流Q1小于发光器件的发光阈值电流，因此，此时发光器件D1并不会发出检测光。

所述TOF传感器还包括处理模块，所述处理模块内存储有预设温度下的校准参数，还用于根据所述校准参数，对被测物体的检测距离进行校准。所述TOF传感器还包括传感模块，用于获取被测物体的检测距离。

上述具体实施方式中，所述TOF传感器只需要对预设温度下的校准参数进行标定，即便所述TOF传感器在环境温度变化较大的范围内工作，在对检测距离进行温度补偿校准时，也无需考虑实际环境温度，仅需要采用预设温度的校准参数进行校准即可，从而降低了对TOF传感器进行温度补偿校准的难度。

所述预设温度可以根据TOF传感器在实际工作中预计能够达到的温度进行设定；所述预设温度一般大于TOF传感器使用的温度范围。无论TOF传感器的使用环境温度如何，在TOF传感器进行距离检测之前，均对所述发光器件D1以及驱动单元1031所在的共温区域进行加热至预设温度，在后续对检测距离进行温度补偿校准时，仅需要采用该预设温度下的校准参数进行校准即可，从而降低了对TOF传感器的检测距离温度补偿校准的难度，提高了TOF传感器的应用温度范围。

在其他具体实施方式中，可以设置两个或两个以上预设温度，根据TOF传感器的环境温度，选择最合适的预设温度。

本实用新型的具体实施方式还提供一种TOF传感器的距离检测方法。

请参考图3，所述TOF传感器的距离检测方法包括如下步骤：

步骤S1：检测发光模块所在共温区域的温度，所述发光模块包括发光器件和驱动单元，所述发光器件和驱动单元均设置于同一共温区域内。

步骤S2：将所述共温区域加热至预设温度。

通过控制经过发光器件的加热电流，使得所述发光器件对所述共温区域进行加热。所述加热电流小于所述发光器件的发光电流阈值，使得所述发光器件仅能产生热量，而不会发出检测光。

在其他具体实施方式中，还可以通过控制发光器件的导通时间，以控制所述发光器件的加热时间，从而控制所述发光器件的加热效率。

在其他具体实施方式中，也可以通过控制所述驱动单元内的开关元件工作于线性区或截止区，从而调整所述驱动单元的热量，通过所述驱动单元对所述共温区域进行加热。

步骤S3：在共温区域温度达到预设温度后，停止加热，并控制所述发光模块发出脉冲检测光，对被测物体距离进行检测以获得检测距离。

在进行距离检测的过程中，还可以继续实时检测所述共温区域的温度，当所述共温区域的温度下降至预设温度以下时，在检测光的发射间隙，可以继续将所述共温区域加热至预设温度；当共温区域温度大于预设温度时，则通过检测光的发射间隙，关闭发光模块，使得所述共温区域进行散热直至温度下降至预设温度，再发射检测光，进行距离检测。

根据预设温度下的校准参数对被测物体的检测距离进行校准。所述预设温度的校准参数可以是提前存储于TOF传感器的处理模块内，即便所述TOF传感器在环境温度变化较大的范围内工作，在对检测距离进行温度补偿校准时，仅需要采用预设温度的校准参数进行校准即可，从而降低了对TOF传感器进行温度补偿校准的难度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种TOF传感器，其特征在于，包括：

发光模块，包括发光器件和驱动单元，所述驱动单元用于控制所述发光器件的导通或断开状态，所述发光器件和驱动单元均设置于同一共温区域内，所述发光模块用于在共温区域达到预设温度时发出脉冲检测光；

温度传感模块，设置于所述共温区域，用于检测所述共温区域的温度；

反馈模块，连接至所述温度传感模块，根据所述温度传感模块检测到的所述共温区域的温度，计算将所述共温区域加热至预设温度时的热量控制策略；

控制模块，与所述发光模块和反馈模块连接，用于根据所述反馈模块计算的热量控制策略，控制所述发光模块将所述共温区域加热至预设温度。

2.根据权利要求1所述的TOF传感器，其特征在于，所述控制模块连接至所述发光器件，用于控制经过发光器件的加热电流，使得所述发光器件对所述共温区域进行加热。

3.根据权利要求2所述的TOF传感器，其特征在于，所述加热电流小于所述发光器件的发光电流阈值。

4.根据权利要求1所述的TOF传感器，其特征在于，所述驱动单元包括开关元件，所述开关元件连接于所述发光器件的阴极与接地端之间，一控制源通过一缓冲器，连接至所述开关元件的控制端；所述控制模块还连接至所述控制源，用于控制所述控制源的脉冲占空以及频率，以控制所述发光器件的加热时间。

5.根据权利要求1所述的TOF传感器，其特征在于，还包括处理模块，所述处理模块内存储有预设温度下的校准参数，所述处理模块还用于根据所述校准参数，对被测物体的检测距离进行校准。

Images