DE102020113140A1

DE102020113140A1 - Time-of-Flight-Sensor und Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in demselben

Info

Publication number: DE102020113140A1
Application number: DE102020113140.2A
Authority: DE
Inventors: Muncheon Kang; Kwanghyuk Bae; Hayoung KO; Duckchan Seo; Chulwoong Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: US20210080554A1; DE102020113140B4; US11789133B2; CN112596065A; KR20210032669A

Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem Time-of-Flight (ToF)-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) weist ein Beleuchten eines Testobjekts mit einem Sende-Licht (TX), welches basierend auf einem Modulationssignal (MOD) moduliert ist, auf; ein Erzeugen, unter Verwendung einer Pufferkettenschaltung (DBC), einer Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEMI ~ DEMm), welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben; ein Vorsehen einer Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD) durch ein Vorsehen der Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEMI ~ DEMm) für eine Mehrzahl von Pixelgruppen (CG1 ~ CGm), welche in einem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) enthalten sind, um ein Empfangs-Licht (RX), welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEMI ~ DEMm) abzutasten; ein Bestimmen eines Wackelfehlers basierend auf der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD), wobei der Wackelfehler von einer Phasendifferenz zwischen dem Sende-Licht (TX) und dem Empfangs-Licht (RX) abhängt; und ein Kalibrieren eines gemessenen Abstandes von dem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) zu einem Zielobjekt basierend auf dem Wackelfehler.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese nichtvorläufige U.S.-Anmeldung beansprucht unter 35 USC § 119 die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2019-0113980 , welche am 17. September 2019 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum (KIPO = Korean Intellectual Property Office = Koreanisches Amt für Geistiges Eigentum) eingereicht wurde, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit mit eingebunden ist.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Wenigstens einige beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte beziehen sich allgemein auf integrierte Halbleiterschaltungen und genauer auf einen Time-of-Flight (ToF)-Sensor und ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor.
Diskussion des Standes der Technik
In jüngster Zeit nimmt ein Interesse an einem Abtasten zum Erlangen von dreidimensionalen Informationen eines Objekts zu und verschiedene dreidimensionale Kameras werden entwickelt. Unter den dreidimensionalen Kameras hat ein ToF-Sensor Vorteile einer einfachen Schaltungskonfiguration und einer hohen Abstandsauflösung. Der ToF-Sensor beleuchtet ein Objekt mit einem Sendelicht unter Verwendung einer Lichtquelle und berechnet einen Abstand zu dem Objekt durch ein Messen einer Phasendifferenz eines Empfangslichts, welches von dem Objekt reflektiert wird. Das Empfangslicht kann als eine Sinuswelle für die Abstandsberechnung modelliert werden, und periodische Fehler können aufgrund eines Modellierungsfehlers verursacht werden, auf welchen als ein Wackelfehler Bezug genommen wird. Der Wackelfehler ist ein direkter Faktor zum Verschlechtern einer Genauigkeit der Abstandsmessung durch den ToF-Sensor.
KURZFASSUNG
Einige beispielhafte Ausführungsformen können ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem Time-of-Flight (ToF)-Sensor vorsehen, welches in der Lage ist, einen Wackelfehler, welcher in dem ToF-Sensor verursacht wird, effizient zu kompensieren.
Einige beispielhafte Ausführungsformen können einen ToF-Sensor und ein Testsystem vorsehen, welche in der Lage sind, den Wackelfehler effizient zu korrigieren.
Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte weist ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem Time-of-Flight (ToF)-Sensor ein Beleuchten eines Testobjekts mit einem Sendelicht auf, welches basierend auf einem Modulationssignal moduliert ist; ein Erzeugen unter Verwendung einer Pufferkettenschaltung einer Mehrzahl von Demodulationssignalen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben; ein Vorsehen einer Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen durch ein Vorsehen der Mehrzahl von Demoodulationssignalen für eine Mehrzahl von Pixelgruppen, welche in einem ToF-Sensor enthalten sind, um ein Empfangslicht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen abzutasten; ein Bestimmen eines Wackelfehlers basierend auf der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen, wobei der Wackelfehler von einer Phasendifferenz zwischen dem Sendelicht und dem Empfangslicht abhängt; und ein Kalibrieren eines gemessenen Abstandes von dem ToF-Sensor zu einem Zielobjekt basierend auf dem Wackelfehler.
Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte weist ein Testsystem einen Time-of-Flight (ToF)-Sensor und eine Testvorrichtung auf, welche konfiguriert ist, um einen Wackelfehler des ToF-Sensor zu messen. Der ToF-Sensor weist eine Lichtquelle auf, welche konfiguriert ist, um ein Testobjekt mit einem Sendelicht, welches basierend auf einem Modulationssignal moduliert ist, zu beleuchten, eine Pufferkettenschaltung, welche konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Demodulationssignalen zu erzeugen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben, und ein Pixelarray bzw. eine Pixelanordnung, welches eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, welche konfiguriert sind, um ein Empfangslicht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen abzutasten, wobei die Mehrzahl von Pixeln in eine Mehrzahl von Pixelgruppen gruppiert ist, wobei jede Pixelgruppe die Mehrzahl von Demodulationssignalen empfängt, welche jede lokale Verzögerungsphase haben.
Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte weist ein Time-of-Flight (ToF)-Sensor eine Lichtquelle auf, welche konfiguriert ist, um ein Testobjekt mit einem Sendelicht zu beleuchten, welches basierend auf einem Modulationssignal moduliert ist, eine Pufferkettenschaltung, welche konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Demodulationssignalen zu erzeugen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben, und ein Pixelarray, welches eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, welche konfiguriert sind, um ein Empfangslicht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen abzutasten, wobei die Mehrzahl von Pixeln in eine Mehrzahl von Pixelgruppen gruppiert ist, wobei jede Pixelgruppe die Mehrzahl von Demodulationssignalen empfängt, welche jede lokale Verzögerungsphase haben.
Der ToF-Sensor und das Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann eine Effizienz und Genauigkeit einer Fehlerkalibrierung des ToF-Sensors durch ein Erzeugen der lokalen Verzögerungsphasen, welche die Pufferkettenschaltung künstlich nutzen, verbessern.
Der ToF-Sensor und das Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann den Wackelfehler mit einer kleinen Anzahl von Messzyklen erlangen, da Abtastungen von verschiedenen Abständen oder Phasendifferenzen durch ein einzelnes Chartbild (chart image) bzw. Diagrammbild unter Verwendung der Mehrzahl von lokalen Verzögerungsphasen und der variablen globalen Verzögerungsphase erhalten werden können.
Der ToF-Sensor und das Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann keine Begrenzungen für einen Abstand zu dem Testobjekt wie beispielsweise einem Plane Chart bzw. ebenem Diagramm, eine Neigung und eine Form des Testobjekts, Zeitwahlparameter der Verzögerung usw. haben, da das Verfahren auf der Annahme basiert ist, dass die Änderung der Phasendifferenz linear ist, wenn der Steuercode für die globale Verzögerungsphase geändert wird.
Der ToF-Sensor und das Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann einen Effekt zum räumlichen Filtern haben, um robust gegenüber Rauschen zu sein, da Daten von vielen Pixeln beim Erlangen des Wackelfehlers für jede gemessene Phasendifferenz verwendet werden.
Figurenliste
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile von beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte werden durch ein Beschreiben von beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher werden. Die beigefügten Zeichnungen sind vorgesehen, um beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte abzubilden und sollten nicht interpretiert werden, um den beabsichtigten Umfang der Ansprüche zu begrenzen. Die beigefügten Zeichnungen dürften nicht als maßstabsgetreu angesehen werden, solange nicht explizit angemerkt.

1 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
2 ist ein Blockschaltbild, welches ein Testsystem gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
3 und 4 sind Diagramme, welche einen ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen.
5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines beispielhaften Verfahrens zum Berechnen eines Abstandes zu einem Objekt.
6 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Pixelstruktur eines ToF-Sensors gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
7 ist eine Draufsicht, welche ein Layout veranschaulicht, welches der Pixelstruktur der 6 entspricht.
8 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines ToF-Sensors.
9A und 9B sind Diagramme zum Beschreiben eines Verfahrens zum Messen eines Wackelfehlers.
10 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer Pufferkettenschaltung veranschaulicht, welche in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte enthalten ist.
11 ist ein Diagramm zum Beschreiben von lokalen Verzögerungsphasen eines ToF-Sensors gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
12 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer variablen Verzögerungsschaltung veranschaulicht, welche in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte enthalten ist.
13 und 14 sind Diagramme zum Beschreiben eines Betriebs der variablen Verzögerungsschaltung der 12.
15 ist ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform zum Bestimmen eines Wackelfehlers für ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
16 und 17 sind Diagramme zum Beschreiben der Bestimmung des Wackelfehlers der 15.
18 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer lokalen Verzögerungsphase eines ToF-Sensors gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
19A bis 21 sind ein Diagramm zum Beschreiben von Effekten durch ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
22 ist ein Blockschaltbild, welches ein Kamerasystem gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
23 ist ein Diagramm, welches eine Fehlerkalibrierung durch ein Kamerasystem gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
24 ist ein Blockschaltbild, welches ein Berechnungssystem veranschaulicht, welches einen ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte aufweist.
25 ist ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel einer Schnittstelle veranschaulicht, welche in einem Berechnungssystem der 24 verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie es in dem Feld der erfinderischen Konzepte traditionell ist, werden Ausführungsformen in den Zeichnungen in Einheiten von funktionalen Blöcken, Einheiten und/oder Modulen beschrieben und veranschaulicht. Fachleute werden anerkennen, dass diese Blöcke, Einheiten und/oder Module durch elektronische (oder optische) Schaltungen wie beispielsweise Logikschaltungen, diskrete Komponenten, Mikroprozessoren, festverdrahtete Schaltungen, Speicherelemente, Verdrahtungsverbindungen und dergleichen physikalisch implementiert sind, welche unter Verwendung von halbleiterbasierten Herstellungstechniken oder anderen Herstellungstechnologien gebildet werden können. In dem Fall der Blöcke, Einheiten und/oder Module, welche durch Mikroprozessoren oder Ähnliches implementiert sind, können sie unter Verwendung von Software (beispielsweise Mikrocode) programmiert werden, um verschiedene Funktionen, welche hierin diskutiert sind, durchzuführen, und können optional durch Firmware und/oder Software getrieben bzw. betrieben werden. Alternativ kann jeder Block, jede Einheit und/oder jedes Modul durch dedizierte Hardware oder als eine Kombination von dedizierter Hardware, um einige Funktionen durchzuführen, und einem Prozessor (beispielsweise ein oder mehrere programmierte Mikroprozessoren und zugeordnete Schaltungen), um andere Funktionen durchzuführen implementiert sein. Ebenso kann jeder Block, jede Einheit und/oder jedes Modul der Ausführungsformen physikalisch in zwei oder mehr interagierende und diskrete Blöcke, Einheiten und/oder Module getrennt sein, ohne von dem Umfang der erfinderischen Konzepte abzuweichen. Ferner können die Blöcke, Einheiten und/oder Module der Ausführungsformen physikalisch in komplexere Blöcke, Einheiten und/oder Module kombiniert werden, ohne von dem Umfang der erfinderischen Konzepte abzuweichen.
1 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
1 veranschaulicht ein Fehlerkalibrierverfahren hinsichtlich des ToF-Sensors, welcher konfiguriert ist, um einen Abstand zu einem Objekt durch ein Beleuchten eines Objekts mit einem Sendelicht unter Verwendung einer Lichtquelle und ein Messen einer Phasendifferenz zwischen einem Sendelicht und einem Empfangslicht zu messen.
Bezugnehmend auf 1 wird ein Testobjekt mit einem Sendelicht, welches basierend auf einem Modulationssignal moduliert ist, beleuchtet (S100). Beispielsweise kann eine Lichtquelle in Antwort auf das Modulationssignal, welches mit einer Frequenz von ungefähr 10 bis 200 MHz umschaltet bzw. hin- und hergeschaltet wird, an- und abgeschaltet werden.
Unter Verwendung einer Pufferkettenschaltung wird eine Mehrzahl von Demodulationssignalen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben, erzeugt (S200). Die Pufferkettenschaltung kann in dem ToF-Sensor integriert sein. Eine beispielhafte Ausführungsform der Pufferkettenschaltung wird untenstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben werden.
Eine Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen wird durch ein Vorsehen von Demodulationssignalen für eine Mehrzahl von Pixelgruppen, welche in einem ToF-Sensor enthalten sind, vorgesehen, um ein Empfangslicht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen abzutasten (S300). In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann jede der Mehrzahl von Pixelgruppen eine Pixelspalte aufweisen, welche Pixel aufweist, welche in jeder Spalte angeordnet sind. In wenigstens einigen anderen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann jede der Mehrzahl von Pixelgruppen eine Pixelzeile aufweisen, welche Pixel aufweist, welche in jeder Zeile angeordnet sind.
Ein Wackelfehler wird basierend auf der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen bestimmt, wo der Wackelfehler von einer Phasendifferenz zwischen dem Sendelicht und dem Empfangslicht abhängt (S400). In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Wackelfehler als eine Abbildungstabelle, welche Abbildungsbeziehungen zwischen der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen und der Mehrzahl von repräsentativen Offsetwerten repräsentiert, vorgesehen sein, wie untenstehend unter Bezugnahme auf 17 beschrieben werden wird.
Ein gemessener Abstand von dem ToF-Sensor zu einem Zielobjekt wird basierend auf dem Wackelfehler kalibriert (S500).
Als solches können der ToF-Sensor und das Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte eine Effizienz und eine Genauigkeit der Fehlerkalibrierung des ToF-Sensor durch ein Erzeugen der lokalen Verzögerungsphasen, welche die Pufferkettenschaltung künstlich nutzen, verbessern.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Modulationssignal unterschiedliche globale Verzögerungsphasen jeweils in einer Mehrzahl von Messzyklen haben. In diesem Fall kann der Wackelfehler mit einer geringen Anzahl von Messzyklen erlangt werden, da Abtastungen von verschiedenen Abständen oder Phasendifferenzen durch ein einzelnes Chart Image bzw. Diagrammbild, welches die Mehrzahl von lokalen Verzögerungsphasen und die variable globale Verzögerungsphase verwendet, erlangt werden können.
2 ist ein Blockschaltbild, welches ein Testsystem gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
Bezugnehmend auf 2 kann ein Testsystem 10 eine Testvorrichtung 20 und einen ToF-Sensor 30 aufweisen, welcher einer Vorrichtung im Test entspricht.
Der ToF-Sensor 30 kann eine Lichtquelle LS und eine Abtasteinheit SEN aufweisen. Die Abtasteinheit SEN kann ein Pixelarray bzw. eine Pixelanordnung (nicht gezeigt) aufweisen und eine Pufferkettenschaltung DBC. Eine Konfiguration und ein Betrieb des ToF-Sensors werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 beschrieben werden.
Die Lichtquelle LS kann ein Testobjekt mit einem Sendelicht, welches basierend auf einem Modulationssignal MOD moduliert ist, beleuchten. Die Pufferkettenschaltung DBC kann eine Mehrzahl von Demodulationssignalen erzeugen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben. Das Pixelarray kann eine Mehrzahl von Pixeln aufweisen, welche konfiguriert sind, um ein Empfangslicht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen abzutasten. Die Mehrzahl von Pixeln kann in eine Mehrzahl von Pixelgruppen gruppiert sein, und jede Pixelgruppe kann die Mehrzahl von Demodulationssignalen empfangen, welche jede lokale Verzögerungsphase haben. Beispielhafte Ausführungsformen der Pufferkettenschaltung DBC und der Pixelgruppen werden untenstehend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben werden.
Die Testvorrichtung 20 kann einen Controller CTRL, einen Speicher MEM und eine variable Verzögerungsschaltung GDL aufweisen.
Der Controller CTRL kann den Gesamtbetrieb der Testvorrichtung 20 steuern, und der Speicher MEM kann Daten, Steuerprogrammcodes etc. für den Betrieb der Testvorrichtung 20 speichern.
Die variable Verzögerungsschaltung GDL kann das Modulationssignal MOD, welches unterschiedliche globale Verzögerungsphasen hat, jeweils in einer Mehrzahl von Messzyklen erzeugen. Das Modulationssignal MOD, welches die variable Phase hat, kann für den ToF-Sensor 30 von der Testvorrichtung 20 vorgesehen sein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die variable Verzögerungsschaltung GDL in dem ToF-Sensor 30 enthalten sein.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann, wie untenstehend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben werden wird, die variable Verzögerungsschaltung GDL das Modulationssignal MOD basierend auf einem Steuercode derart erzeugen, dass das Modulationssignal MOD die variable Verzögerung hat, welche dem Steuercode entspricht. In diesem Fall kann die Testvorrichtung 20 den Steuercode sequenziell in der Mehrzahl von Messzyklen ändern derart, dass das Modulationssignal MOD die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen hat.
Der Controller CTRL kann einen Phasendifferenzgenerator PDG und einen Fehlergenerator WGG aufweisen.
Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann der Phasendifferenzgenerator PDG sein oder aufweisen eine Schaltung oder Schaltkreise, welche konfiguriert ist (sind), um eine Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen basierend auf Abtastdaten SDATA, welche von dem ToF-Sensor 30 vorgesehen werden, vorzusehen. Auf den Phasendifferenzgenerator PDG kann in der vorliegenden Beschreibung ebenso als die Phasendifferenzerzeugungsschaltung PDG Bezug genommen werden. Der ToF-Sensor 30 kann das Empfangslicht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen abtasten. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann der Phasendifferenzgenerator PDG in dem ToF-Sensor angeordnet sein. In diesem Fall kann die Testvorrichtung 20 die Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen von dem ToF-Sensor 30 anstelle der Abtastdaten SDATA empfangen.
Der Fehlergenerator WGG kann sein oder aufweisen eine Schaltung oder Schaltkreise, welche konfiguriert ist (sind), um den Wackelfehler basierend auf der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen zu bestimmen. Auf den Fehlergenerator WGG kann in der vorliegenden Beschreibung ebenso als die Fehlergeneratorschaltung WGG Bezug genommen werden. Der Wackelfehler hängt von einer Phasendifferenz zwischen dem Sendelicht und dem Empfangslicht ab.
Beispielhafte Implementierungen des ToF-Sensors 30 werden nun untenstehend unter Bezugnahme auf ToF-Sensoren 100 und 101 der 3 und 4 jeweils diskutiert werden.
Die 3 und 4 sind Diagramme, welche einen ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulichen.
Bezugnehmend auf 3 weist ein ToF-Sensor 100 ein Pixelarray 110, eine Pufferkettenschaltung DBC, eine Analog-Digital-Wandlungs (ADC = Analog-to-Digital Conversion = Analog-Digital-Wandlungs)-Einheit 120, eine Zeilenscanschaltung 130, eine Spaltenscanschaltung 140, eine Steuereinheit 150 und ein Lichtquellenmodul 200 auf. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können die ADC-Einheit 120 und die Steuereinheit 150 jeweils durch eine Schaltung oder Schaltkreise ausgeführt sein. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können die Operationen, welche unter Schritten S100 bis S500, welche in 1 veranschaulicht sind, diskutiert sind, durchgeführt werden oder alternativ gesteuert werden durch den Controller 150.
Das Pixelarray 110 kann Tiefenpixel aufweisen, welche Licht RX empfangen, welches von einem Objekt OBJ reflektiert wird, nachdem es zu dem Objekt OBJ durch das Lichtquellenmodul 200 gesendet wiord. Die Tiefenpixel können das Empfangslicht RX in elektrische Signale umwandeln. Die Tiefenpixel können Information über einen Abstand des Objekts OBJ von dem ToF-Sensor 100 und/oder Schwarz-Weiß-Bildinformation vorsehen.
Das Pixelarray 110 kann ferner Farbpixel zum Vorsehen von Farbbildinformation aufweisen. In diesem Fall kann der ToF-Sensor 100 ein dreidimensionaler Farbbildsensor sein, welcher die Farbbildinformation und die Tiefeninformation vorsieht. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können ein Infrarotfilter und/oder ein Nah-Infrarot-Filter auf den Tiefenpixeln gebildet sein, und ein Farbfilter (beispielsweise Rot-, Grün- und Blau-Filter) kann auf den Farbpixeln gebildet sein. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann ein Verhältnis der Anzahl von Tiefenpixeln zu der Anzahl der Farbpixel wie erwünscht variieren.
Die ADC-Einheit 120 kann ein analoges Signal, welches von dem Pixelarray 110 ausgegeben wird, in ein digitales Signal umwandeln. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die ADC-Einheit 120 eine Spalten-Analog-Digital-Wandlung durchführen, welche analoge Signale parallel unter Verwendung einer Mehrzahl von Analog-Digital-Wandlern, welche jeweils mit einer Mehrzahl von Spaltenleitungen gekoppelt sind, umwandelt. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die ADC-Einheit 120 eine einzelne Analog-Digital-Wandlung durchführen, welche nacheinander folgend die analogen Signale unter Verwendung eines einzelnen Analog-Digital-Wandlers umwandelt.
Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die ADC-Einheit 120 ferner eine korrelierte Doppelabtast (CDS = correlated double-sampling = korrelierte Doppelabtast)-Einheit zum Extrahieren einer effektiven Signalkomponente aufweisen. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die CDS-Einheit eine analoge Doppelabtastung (analog double-sampling) durchführen, welche die effektive Signalkomponente basierend auf einer Differenz zwischen einem analogen Reset-Signal, welches eine Reset-Komponente aufweist, und einem analogen Datensignal, welches eine Signalkomponente aufweist, extrahiert. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die CDS-Einheit eine digitale Doppelabtastung (digital double-sampling) durchführen, welche das analoge Reset-Signal und das analoge Datensignal in zwei digitale Signale umwandelt und die effektive Signalkomponente basierend auf einer Differenz zwischen den zwei digitalen Signalen extrahiert. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die CDS-Einheit eine duale korrelierte Doppelabtastung (dual correlated double-sampling) durchführen, welches sowohl die analoge Doppelabtastung als auch die digitale Doppelabtastung durchführt.
Die Zeilenscanschaltung 130 kann Steuersignale von der Steuereinheit 150 empfangen und kann eine Zeilenadresse und einen Zeilenscan des Pixelarray 110 steuern. Um eine Zeilenleitung unter einer Mehrzahl von Zeilenleitungen auszuwählen, kann die Zeilenscanschaltung 130 ein Signal zum Aktivieren der ausgewählten Zeilenleitung an das Pixelarray 110 anlegen. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die Zeilenscanschaltung 130 einen Zeilendekoder aufweisen, welcher eine Zeilenleitung des Pixelarray 110 auswählt, und einen Zeilentreiber, welcher ein Signal zum Aktivieren der ausgewählten Zeilenleitung anlegt.
Die Spaltenscanschaltung 140 kann Steuersignale von der Steuereinheit 150 empfangen und kann eine Spaltenadresse und einen Spaltenscan des Pixelarray 110 steuern. Die Spaltenscanschaltung 140 kann ein digitales Ausgangssignal von der ADC-Einheit 120 zu einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) und/oder zu einem externen Host (nicht gezeigt) ausgeben. Beispielsweise kann die Spaltenscanschaltung 140 die ADC-Einheit 120 mit einem horizontalen Scansteuersignal vorsehen, um nacheinander folgend eine Mehrzahl von Analog-Digital-Wandlern, welche in der ADC-Einheit 120 enthalten sind, auszuwählen. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die Spaltenscanschaltung 140 einen Spaltendekoder aufweisen, welcher einen der Mehrzahl von Analog-Digital-Wandlern auswählt, und einen Spaltentreiber, welcher eine Ausgabe des ausgewählten Analog-Digital-Wandlers an eine horizontale Übertragungsleitung bzw. Sendeleitung anlegt. Die horizontale Sendeleitung kann eine Bitbreite haben, welche derjenigen des digitalen Ausgangssignals entspricht.
Die Steuereinheit 150 kann die ADC-Einheit 120, die Zeilenscanschaltung 130, die Spaltenscanschaltung 140, die Pufferkettenschaltung DBC und das Lichtquellenmodul 200 aufweisen. Die Steuereinheit 150 kann die ADC-Einheit 120, die Zeilenscanschaltung 130, die Spaltenscanschaltung 140, die Pufferkettenschaltung DBC und das Lichtquellenmodul 200 mit Steuersignalen wie beispielsweise einem Taktsignal, einem Zeitwahlsteuersignal oder dergleichen vorsehen. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die Steuereinheit 150 eine Steuerlogikschaltung, eine Phasenregelkreisschaltung, eine Zeitwahlsteuerschaltung, eine Kommunikationsschnittstellenschaltung oder dergleichen aufweisen.
Das Lichtquellenmodul 200 kann Licht einer erwünschten (oder alternativ vorbestimmten) Wellenlänge emittieren. Beispielsweise kann das Lichtquellenmodul 200 Infrarot-Licht und/oder Nah-Infrarot-Licht emittieren. Das Lichtquellenmodul 200 kann eine Lichtquelle 210 und eine Linse 220 aufweisen. Die Lichtquelle 210 kann durch die Steuereinheit 150 gesteuert werden, um das Licht TX einer erwünschten Intensität und/oder Charakteristik (beispielsweise periodisch) zu emittieren. Beispielsweise können die Intensität und/oder Charakteristik des Lichtes TX derart gesteuert werden, dass das Licht TX einen Kurvenverlauf einer Pulswelle, einer Sinuswelle, einer Cosinuswelle oder dergleichen hat. Die Lichtquelle 210 kann durch eine Leuchtdiode (LED = Light Emitting Diode = Leuchtdiode), eine Laserdiode oder dergleichen implementiert sein.
Hierin nachstehend wird ein normaler Betrieb des ToF-Sensors 100 gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte untenstehend beschrieben werden.
Die Steuereinheit 150 kann das Lichtquellenmodul 200 steuern, um das Licht TX, welches die periodische Intensität hat, zu emittieren. Das Licht TX, welches durch das Lichtquellenmodul 200 emittiert wird, kann von dem Objekt OBJ zurück zu dem ToF-Sensor 100 als das Empfangslicht RX reflektiert werden. Das Empfangslicht RX kann auf die Tiefenpixel einfallen und die Tiefenpixel können durch die Zeilenscanschaltung 130 aktiviert werden, um analoge Signale auszugeben, welche dem Empfangslicht RX entsprechen. Die ADC-Einheit 120 kann die analogen Signale, welche von den Tiefenpixeln ausgegeben werden, in Abtastdaten SDATA umwandeln. Die Abtastdaten SDATA können für die Steuereinheit 150 durch die Spaltenscanschaltung 140 und/oder den ADC 120 vorgesehen werden.
Die Steuerschaltung 150 kann einen Abstand des Objekts OBJ von dem ToF-Sensor 100, eine horizontale Position des Objekts OBJ, eine vertikale Position des Objekts OBJ und/oder eine Größe des Objekts OBJ basierend auf den Abtastdaten SDATA berechnen. Die Steuereinheit 150 kann den Emissionswinkel oder eine Projektion (oder einen einfallenden Bereich) des Lichtes TX basierend auf dem Abstand, der horizontalen Position, der vertikalen Position und/oder der Größe des Objekts OBJ steuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit 150 einen Zwischenraum zwischen der Lichtquelle 210 und der Linse 220, eine relative Position (oder eine Platzierung) der Lichtquelle 210 und der Linse 220 hinsichtlich zueinander, einen Brechungsindex der Linse 220, eine Krümmung der Linse 220 oder dergleichen steuern. Demzufolge kann das Licht TX, welches durch das Lichtquellenmodul 200 emittiert wird, auf einen Bereich fokussiert werden, in dem das Objekt OBJ von Interesse platziert ist, wodurch die Genauigkeit der Tiefeninformation, welche von den Tiefenpixeln vorgesehen wird, verbessert wird. Ferner kann die Steuereinheit 150 eine Amplitude des Lichtes TX (oder die maximale Intensität des Lichtes TX während jeder Periode) gemäß einer Abnahme oder einer Zunahme des Emissionswinkels des Lichtes TX oder gemäß einer Größe eines Bereichs, auf welchen das Licht TX projiziert wird (oder einfällt) anpassen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 150 die Amplitude des Lichtes TX verringern, wenn der Emissionswinkel des Lichtes TX abnimmt. Als ein Ergebnis kann in dem ToF-Sensor 100 gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte der Leistungsverbrauch verringert werden.
Die Abtastdaten SDATA und/oder die Tiefeninformation kann für die digitale Signalverarbeitungsschaltung und/oder den externen Host vorgesehen werden. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann das Pixelarray 110 Farbpixel aufweisen, und die Farbbildinformation sowie die Tiefeninformation kann für die digitale Signalverarbeitungsschaltung und/oder den externen Host vorgesehen werden.
Hierin nachstehen wird eine Kalibrieroperation des ToF-Sensors 100 gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte untenstehend beschrieben werden.
In der Kalibrieroperation kann ein Selektor MUX ein Modulationssignal MOD, welches von der variablen Verzögerungsschaltung GDL anstelle des Signals von der Steuerlogik 150 vorgesehen wird, für ein Lichtquellenmodul 200 in Antwort auf ein Testmodussignal TST vorsehen. Wie obenstehend beschrieben ist, kann die variable Verzögerungsschaltung GDL das Modulationssignal MOD, welches die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen hat, jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen erzeugen.
Die Pufferkettenschaltung DBC kann die Mehrzahl von Demodulationssignalen, welche die unterschiedlichen lokalen Verzögerungsphasen haben, erzeugen.
Das Pixelarray 110 kann eine Mehrzahl von Pixeln aufweisen, welche konfiguriert sind, um ein Empfangslicht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen abzutasten. Die Mehrzahl von Pixeln kann in eine Mehrzahl von Pixelgruppen gruppiert sein und jede Pixelgruppe kann die Mehrzahl von Demodulationssignalen, welche jede lokale Verzögerungsphase haben, empfangen.
Die Testvorrichtung 20 in 2 kann den Wackelfehler basierend auf der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen bestimmen, wo der Wackelfehler von einer Phasendifferenz zwischen dem Sendelicht und dem Empfangslicht abhängt.
Beispielhafte Ausführungsformen zum Bestimmen eines Wackelfehlers werden untenstehend unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 beschrieben werden.
Ein ToF-Sensor 101 der 4 ist im Wesentlichen derselbe wie der ToF-Sensor 100 der 3 mit Ausnahme der variablen Verzögerungsschaltung GDL und wiederholte Beschreibungen werden ausgelassen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann, wie in 3 veranschaulicht ist, die variable Verzögerungsschaltung GDL außerhalb des ToF-Sensors 100 angeordnet sein. Beispielsweise kann die variable Verzögerungsschaltung GDL in der Testvorrichtung 20 in 2 enthalten sein. In diesem Fall kann die Testvorrichtung 20 das Modulationssignal MOD, welches die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen hat, jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen für den ToF-Sensor 100 vorsehen.
In wenigstens einigen anderen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann, wie in 4 veranschaulicht ist, die variable Verzögerungsschaltung GDL in dem ToF-Sensor 101 enthalten sein. In diesem Fall kann die Testvorrichtung 20 ein Steuersignal für den ToF-Sensor 101 vorsehen derart, dass der ToF-Sensor das Modulationssignal MOD, welches die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen hat, jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen erzeugen kann. Beispielsweise kann das Steuersignal ein Steuercode von mehreren Bits sein, welche nacheinander folgend in der Mehrzahl von Messzyklen geändert werden.
5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines beispielhaften Verfahrens zum Berechnen eines Abstands zu einem Objekt.
Bezugnehmend auf die 3 bis 5 kann Licht TX, welches durch ein Lichtquellenmodul 200 emittiert wird, eine periodische Intensität und/oder Charakteristik haben. Beispielsweise kann die Intensität, d. h. die Anzahl von Photonen pro Einheitsfläche, des Lichtes TX den Kurvenverlauf einer Sinuswelle haben.
Das Licht TX, welches durch das Lichtquellenmodul 200 emittiert wird, kann von dem Objekt OBJ reflektiert werden, und kann dann auf das Pixelarray 110 als das Empfangslicht RX einfallen. Das Pixelarray 110 kann das Empfangslicht RX periodisch abtasten. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann während jeder Periode des Empfangslichts RX (beispielsweise entsprechend einer Periode des gesendeten Lichts TX) das Pixelarray 110 eine Abtastung auf dem Empfangslicht RX durch Abtasten beispielsweise an zwei Abtastpunkten, welche eine Phasendifferenz von ungefähr 180 Grad haben, an vier Abtastpunkten, welche eine Phasendifferenz von ungefähr 90 Grad haben, oder an mehr als vier Abtastpunkten durchführen. Beispielsweise kann das Pixelarray 110 vier Abtastungen A0, A1, A2 und A3 des Empfangslichts RX jeweils bei Phasen von ungefähr 90 Grad, ungefähr 180 Grad, ungefähr 270 Grad und ungefähr 360 Grad pro Periode extrahieren.
Das Empfangslicht RX kann einen Offset B haben, welcher unterschiedlich von einem Offset des Lichtes TX ist, welches durch das Lichtquellenmodul 200 emittiert wird, aufgrund von Hintergrundlicht, einem Rauschen oder dergleichen. Der Offset B des Empfangslichtes RX kann durch Gleichung 1 berechnet werden. $B = \frac{A 0 + A 1 + A 2 + A 3}{4}$
Hier repräsentiert A0 eine Intensität des Empfangslichts RX, welches bei einer Phase von ungefähr 90 Grad des emittierten Lichts TX abgetastet wird, A1 repräsentiert eine Intensität des Empfangslichts RX, welches bei einer Phase von ungefähr 180 Grad des emittierten Lichts TX abgetastet wird, A2 repräsentiert eine Intensität des Empfangs-lichts RX, welches bei einer Phase von ungefähr 270 Grad des emittierten Lichts TX abgetastet wird, und A3 repräsentiert eine Intensität des Empfangslichts RX, welches bei einer Phase von ungefähr 360 Grad des emittierten Lichts TX abgetastet wird.
Das Empfangslicht RX kann eine Amplitude A geringer als diejenige des Lichtes TX, welches durch das Lichtquellenmodul 200 emittiert wird, aufgrund eines Verlustes (beispielsweise Lichtverlustes) haben. Die Amplitude A des Empfangslichtes RX kann durch Gleichung 2 berechnet werden. $A = \frac{\sqrt{{(A 0 - A 2)}^{2} + {(A 1 - A 3)}^{2}}}{2}$
Schwarz-Weiß-Bildinformation über das Objekt OBJ kann durch jeweilige Tiefenpixel, welche in dem Pixelarray 110 enthalten sind, basierend auf der Amplitude A des Empfangslichts RX vorgesehen sein.
Das Empfangslicht RX kann durch eine Phasendifferenz Φ, welche beispielsweise einem Doppelten des Abstandes des Objekts OBJ von dem ToF-Sensor 100 hinsichtlich des emittierten Lichts TX entspricht, verzögert sein. Die Phasendifferenz Φ zwischen dem emittierten Licht TX und dem Empfangslicht RX kann durch Gleichung 3 berechnet werden. $ϕ = a r c t a n (\frac{A 0 - A 2}{A 1 - A 3})$
Die Phasendifferenz Φ zwischen dem emittierten Licht TX und dem Empfangslicht RX kann beispielsweise einer Time-of-Flight bzw. Flugzeit (ToF = Time-of-Flight = Flugzeit) entsprechen. Der Abstand des Objekts OBJ von dem ToF-Sensor 100 kann durch eine Gleichung „R = c * TOF / 2“ berechnet werden, wobei R den Abstand des Objekts OBJ repräsentiert, und c die Lichtgeschwindigkeit repräsentiert. Ferner kann der Abstand des Objekts OBJ von dem ToF-Sensor 100 ebenso durch Gleichung 4 unter Verwendung der Phasendifferenz Φ zwischen dem emittierten Licht TX und dem Empfangs-licht RX berechnet werden. $R = \frac{c}{4 π f} ϕ$
Hier repräsentiert f eine Modulationsfrequenz, welche eine Frequenz der Intensität des emittierten Lichts TX (oder eine Frequenz der Intensität des Empfangslichts RX) ist.
Wie obenstehend beschrieben ist, kann der ToF-Sensor 100 gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte Tiefeninformation über das Objekt OBJ unter Verwendung des Lichtes TX, welches durch das Lichtquellenmodul 200 emittiert wird, erlangen. Obwohl 5 das Licht TX veranschaulicht, dessen Intensität einen Kurvenverlauf einer Sinuswelle hat, kann der ToF-Sensor 100 das Licht TX verwenden, dessen Intensität verschiedene Typen von Kurvenverläufen gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte hat. Ferner kann der ToF-Sensor 100 die Tiefeninformation gemäß dem Kurvenverlauf der Intensität des Lichts TX, einer Struktur eines Tiefenpixels oder dergleichen extrahieren.
6 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Pixelstruktur eines ToF-Sensors gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht, 7 ist eine Draufsicht, welche ein Layout veranschaulicht, welches der Pixelstruktur der 6 entspricht und 8 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines ToF-Sensors.
Bezugnehmend auf die 6 und 7 kann ein Pixelsatz GR einen Floating-Diffusion-Knoten FD, ein erstes Pixel 210, ein zweites Pixel 220, ein drittes Pixel 230, ein viertes Pixel 240 und eine Leseschaltung 300 aufweisen. Das erste Pixel 210, das zweite Pixel 220, das dritte Pixel 230 und das vierte Pixel 240 können gemeinsam mit dem Floating-Diffusion-Knoten FD verbunden sein. Der Pixelsatz GR kann, wie in den 6 und 7 veranschaulicht ist, wiederholt in einer Zeilenrichtung und einer Spaltenrichtung in dem Pixelarray 110 in 3 angeordnet sein.
Steuersignale TX1, TX2, TX3, TX4 und RX können von dem Zeilentreiber 30 durch Drähte MW vorgesehen sein, welche in der Zeilenrichtung X erstreckt sind.
Das erste Pixel 210 kann eine erste Fotodiode PD1 und einen ersten Transfertransistor MT1 aufweisen. Das zweite Pixel 220 kann eine zweite Fotodiode PD2 und einen zweiten Transfertransistor MT2 aufweisen. Das dritte Pixel 230 kann eine dritte Fotodiode PD3 und einen dritten Transfertransistor MT3 aufweisen. Das vierte Pixel 240 kann eine vierte Fotodiode PT4 und einen vierten Transfertransistor MT4 aufweisen. Jede der ersten bis vierten Fotodiode PT1 ~ PT4 kann eine Fotoladung sammeln, welche jeder Phase des ersten bis vierten Fotogate-Steuersignals PG1 ~ PG4 entspricht. Die Steuersignale TX1, TX2, TX3 und TX4 können an Transfergates TG1 ~ TG4, d. h. jeweils die Gateelektroden der Transfertransistoren MT1 ~ MT4 angelegt werden.
Die Leseschaltung 300 kann einen Rest-Transistor MR, einen Source-Follower-Transistor oder einen Treibertransistor MD und einen Auswahltransistor MS aufweisen. 6 veranschaulicht ein nichtbeschränkendes Beispiel, in dem jedes Pixel einen Transistor aufweist, und die Leseschaltung drei Transistoren aufweist, das Verfahren gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann aber angewandt werden, um einen Bildsensor von verschiedenen Konfigurationen anders als derjenigen der 6 zu betreiben.
8 veranschaulicht ein Modulations-Timing bzw. eine Modulationszeitwahl, welche durch das Sende-Licht TX repräsentiert wird, und Demodulationszeitwahlen bzw. Demodulations-Timings, welche durch die Fotogate-Steuersignale PG1 ~ PG4 hinsichtlich der Pixelstruktur der 6 und 7 repräsentiert werden.
Bezugnehmend auf 8 kann das Sendelicht TX von der Lichtquelle in Synchronisation mit dem Modulationssignal MOD ausgegeben werden. Das erste bis vierte Fotogate-Steuersignal PG1 ~ PG4 wird in Synchronisation mit den Demodulationssignalen DEM erzeugt. Die ersten bis vierten Fotogate-Steuersignale PG1 ~ PG4 haben Phasendifferenzen von 0, 90, 180 und 270 Grad. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, können vier Abtastungen A0, A1, A2 und A3 des Empfangs-Lichts RX bei Phasen von jeweils ungefähr 90 Grad, ungefähr 180 Grad, ungefähr 270 Grad und ungefähr 360 Grad pro Periode abgetastet werden.
8 veranschaulicht ein Beispiel, das die Phase des ersten Fotogate-Steuersignals PG1 mit der Phase des Modulationssignals MOD zusammenfällt, d. h. der Phase des Übertragungs-Lichts TX, was bedeutet, dass die globale Verzögerungsphase 0 ist. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann das Modulationssignal MOD die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen haben, und demnach kann die künstliche Abstandsdifferenz verursacht werden, so dass das Testobjekt sich in der Kompensationsoperation nicht bewegen kann.
Die 9A und 9B sind Diagramme zum Beschreiben eines Verfahrens zum Messen eines Wackelfehlers.
Der Wackelfehler ist eine Art von systematischem Fehler, welcher gemäß Charakteristiken des ToF-Sensors bestimmt wird. Der Wackelfehler kann durch Messfehler, welcher einer zyklischen Periode (d. h. 2π oder 360 Grad) des Modulationssignals und das Demodulationssignal in der Kalibrieroperation entsprechen, entfernt werden, und der gemessene Wackelfehler kann in dem normalen Betrieb reflektiert oder kompensiert werden. Um den Wackelfehler zu bestimmen, ist es notwendig, verschiedene Phasendifferenzen in einer zyklischen Periode wie in 9A und 9B veranschaulicht, zu messen.
Bezugnehmend auf 9A kann das Testobjekt, wie beispielsweise ein Plane Chart bzw. ebenes Diagramm PLC, während einer Mehrzahl von Messzyklen bewegt werden, um einen Abstand d1 zwischen dem ToF-Sensor und dem Plane Chart PLC zu ändern und um verschiedene Phasendifferenzen zu messen. Der sich ändernde Abstand d1 kann beispielsweise unter Verwendung einer Laserabstands-Messvorrichtung LDM gemessen werden.
Solche Verfahren jedoch benötigen viele Messzyklen, um den Wackelfehler der gesamten Abstände zu erlangen, da die Anzahl von Abtastungen durch ein Chart-Image bzw. Diagrammbild beschränkt ist. Zusätzlich ist es nicht leicht, den genauen Abstand zwischen dem Plane Chart PLC und dem ToF-Sensor zu erlangen, und die Verfahren sind ernstlich durch Rauschen in den Abtastdaten beeinflusst.
Bezugnehmend auf 9B kann gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte das Testobjekt wie beispielsweise das Plane Chart an einer gleichen Position während der Mehrzahl von Messzyklen fixiert sein. Wie obenstehend beschrieben ist, kann die Mehrzahl von Demodulationssignalen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben, unter Verwendung der Pufferkettenschaltung in jedem Messzyklus erzeugt werden, und die Mehrzahl von Demodulationssignalen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben, können für jeweilige Pixelgruppen vorgesehen sein. Demzufolge können verschiedene Phasendifferenzen pro Pixelgruppe implementiert sein.
Zusätzlich kann, wie obenstehend beschrieben ist, das Modulationssignal unter Verwendung der variablen Verzögerungsschaltung erzeugt werden, um unterschiedliche globale Verzögerungsphasen pro Messzyklus zu haben. In diesem Fall hat die Änderung der globalen Verzögerungsphase denselben Effekt, dass das Plane Chart PLC bewegt wird, auch wenn das Plane Chart PLC fixiert ist.
Als solches können der ToF-Sensor und das Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte den Wackelfehler mit einer kleinen Anzahl von Messzyklen erlangen, da Abtastungen von verschiedenen Abständen oder Phasendifferenzen durch ein einzelnes Chart-Image unter Verwendung der lokalen Verzögerungsphasen und der variablen globalen Verzögerungsphase erlangt werden können.
10 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer Pufferkettenschaltung, welche in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte enthalten ist, veranschaulicht, und 11 ist ein Diagramm zum Beschreiben von lokalen Verzögerungsphasen eines ToF-Sensors gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
Bezugnehmend auf 10 kann eine Pufferkettenschaltung DBC eine Mehrzahl von Verzögerungspuffereinheiten DU1 ~ DUm, welche in Serie verbunden sind, aufweisen, um die Mehrzahl von Demodulationssignalen DEMI ~ DEMm zu erzeugen. Die Mehrzahl von Verzögerungspuffereinheiten DU1 ~ DUm kann ein einzelnes DEM sequenziell verzögern, um die Mehrzahl von Demodulationssignalen DEMI ~ DEMm zu erzeugen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben. Basierend auf jedem der Demodulationssignale DEMI ~ DEMm können das erste bis vierte Fotogate-Steuersignal PG1 ~ PG4 in 8, welche fixierte relative Phasendifferenzen von 90, 180 und 270 Grad für den Pixelsatz der 6 und 7 haben, die unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen pro Pixelgruppe haben. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können die Verzögerungsbeträge der Verzögerungspuffereinheiten DU1 ~ DUm dieselben oder unterschiedlich sein.
Wie in 10 veranschaulicht ist, kann das Pixelarray 110 in einer Mehrzahl von Pixelgruppen CG1 ~ CGm gruppiert sein. Beispielsweise kann jede Pixelgruppe ein oder mehrere Pixelspalten PC1 ~ PCk aufweisen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann jede der Mehrzahl von Pixelgruppen eine Pixelspalte aufweisen, welche Pixel aufweist, welche in jeder Spalte angeordnet sind, wie in 10 veranschaulicht ist. In wenigstens einigen anderen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann jede der Mehrzahl von Pixelgruppen eine Pixelzeile aufweisen, welche Pixel aufweist, welche in jeder Zeile angeordnet sind.
Die Pixelgruppen CGI ~ CGm empfangen die Demodulationssignale DEM1 ~ DEMm jeweils um das Empfangs-Licht, welches von dem Testobjekt reflektiert wird, abzutasten, und demnach können verschiedene Phasendifferenzen durch jedes Chart-Image gemessen werden.
Eine Phasenverzögerung des Pixelarray 110, wenn die Pufferkettenschaltung DBC nicht verwendet wird, ist in einem linken Abschnitt von 11 gezeigt, und eine Phasenverzögerung des Pixelarray 110, wenn die Pufferkettenschaltung DBC verwendet wird, ist in einem rechten Abschnitt der 11 gezeigt. Wenn die Pixelgruppen basierend auf Spalten wie 10 gebildet sind, kann die Phasenverzögerung in der rechten Richtung erhöht werden, und eine maximale Phasendifferenz MXPD kann zwischen der am weitesten links angeordneten Pixelgruppe und der am weitesten rechts angeordneten Pixelgruppe realisiert werden.
Als solches können durch ein Anwenden der unterschiedlichen Phasenverzögerung pro Pixelgruppe verschiedene Phasendifferenzen unter Verwendung eines Chart-Image gemessen werden.
12 ist ein Diagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer variablen Verzögerungsschaltung, welche in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte enthalten ist, veranschaulicht.
Bezugnehmend auf 12 kann eine variable Verzögerungsschaltung GDL eine Mehrzahl von Verzögerungseinheiten 71 ~ 74 aufweisen, welche seriell verbunden sind. Jede der Mehrzahl von Verzögerungseinheiten 71 ~ 74 kann jede der Verzögerungsschaltungen 51 ~ 54 und einen Selektor 61 ~ 64 aufweisen. Jede Verzögerungsschaltung kann ein Ausgangssignal der vorangehenden Verzögerungseinheit verzögern, um ein verzögertes Signal auszugeben. Jeder Selektor kann eines des Ausgangssignales der vorangehenden Verzögerungseinheit und des verzögerten Signals in Antwort auf jedes Bit Bx des Steuercodes [B1 ~ Bn] auswählen und ausgeben. Beispielsweise kann die Verzögerungseinheit 72 die Verzögerungsschaltung 52 aufweisen, welche konfiguriert ist, um das Ausgangssignal der vorangehenden Verzögerungseinheit 71 zu verzögern, um das verzögerte Signal auszugeben, und den Selektor 62, welcher konfiguriert ist, um eines des Ausgangssignals der vorangehenden Verzögerungseinheit 71 und des verzögerten Signals der Verzögerungseinheit 71 in Antwort auf jedes Bit B2 des Steuercodes [B1 ~ Bn] auszuwählen und auszugeben.
Die 13 und 14 sind Diagramme zum Beschreiben eines Betriebs der variablen Verzögerungsschaltung der 12.
13 veranschaulicht Phasenverzögerungen, wenn der Wert des Steuercodes gleich C1, C2 und C3 jeweils in den drei sequenziellen Messzyklen ist. Als solches kann der Steuercode sequenziell in der Mehrzahl von Messzyklen geändert werden derart, dass das Modulationssignal die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen hat. Wie obenstehend beschrieben ist, hat das Pixelarray die unterschiedliche lokale Verzögerungsphase pro Pixelgruppe und ebenso die unterschiedliche globale Verzögerungsphase pro Messzyklus. Als solches können verschiedene Phasendifferenzen effizient durch ein Implementieren der unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen gemäß den Messzyklen und den unterschiedlichen lokalen Verzögerungsphasen gemäß der Pixelposition gemessen werden.
Wenn das fixierte Plane Chart PLC wie beschrieben unter Bezugnahme auf 9B aufgenommen wird, kann eine Eingangsphasendifferenz φ als Gleichung 5 modelliert werden. $φ (c, x) = φ_{t 0} + c φ_{t 1} + φ_{w} (x) + φ_{0} (x) + N,$
Hier zeigt x eine Pixelpsoition des ToF-Sensors an, φ_t0 zeigt eine Basisverzögerungsphasendifferenz an, φ_t1 zeigt eine Änderungsrate der Phasendifferenz an, c zeigt den Wert des Steuercodes an, φ_w zeigt den Wackelfehler an, φ₀ zeigt eine andere Phasendifferenz an, welche die lokale Verzögerungsphase usw. aufweist und N zeigt eine Phasendifferenz aufgrund von Rauschen an.
Gemäß Gleichung 5 sind die Faktoren, welche die Eingangsphasendifferenz φ ändern, cφ_t1 und φ_w, wenn das Testobjekt während der Mehrzahl von Messzyklen mit einem Ändern des Steuercodes aufgenommen wird. Der Operand φ_t1 ist ein konstanter Wert, und demnach nimmt cφ_t1 linear gemäß dem Steuercode zu. 14 veranschaulicht das Ergebnis der gemessenen Phasendifferenz MPD, welche für das mittlere Pixel des Pixelarray gemessen wird, während der Wert des Steuercodes erhöht wird.
Wie in 14 veranschaulicht ist, kann die reale gemessene Phasendifferenz MPD linear gemäß dem Wert des Steuercodes zunehmen. Hier repräsentiert die leichte Krümmung in dem Graphen den Effekt des Wackelfehlers. Wie untenstehend unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 beschrieben werden wird, werden zuerst die Änderungen der Phasendifferenzen pro Pixel erlangt, und die Änderungsrate kann an eine lineare Funktion angepasst werden, und die Offsetwerte können als die Ergebnisse des Anpassens bzw. Einpassens erlangt werden. Der Wackelfehler kann unter Verwendung der Offsetwerte bestimmt werden.
15 ist ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform zum Bestimmen eines Wackelfehlers für ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht, und die 16 und 17 sind Diagramme zum Beschreiben der Bestimmung des Wackelfehlers der 15. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können die Operationen, welche untenstehend unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 diskutiert sind, und Schritte S10 bis S40 durch die Testvorrichtung 20 (beispielsweise den Fehlergenerator WGG), welche in 2 veranschaulicht ist, durchgeführt werden. Ferner können gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte die Operationen, welche untenstehend unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 diskutiert sind, und Schritte S10 bis S40 durchgeführt werden durch oder alternativ durch den Controller 150, welcher in den 3 und 4 veranschaulicht ist, gesteuert werden.
Bezugnehmend auf 15 können hinsichtlich jedes Pixels einer Mehrzahl von Pixeln, welche in dem ToF-Sensor enthalten sind, die gemessenen Phasendifferenzen, welche jedem Pixel entsprechen, und während der Mehrzahl von Messzyklen gemessen werden, in jede lineare Funktion eingepasst werden (S10).
Eine Mehrzahl von Offsetwerten kann erlangt werden derart, dass jeder Offsetwert einer Differenz zwischen jeder gemessenen Phasendifferenz und einem Wert von jeder linearen Funktion entspricht (S20).
Jeder repräsentative Offsetwert einer Mehrzahl von repräsentativen Offsetwerten kann basierend auf den Offsetwerten, welche jedem gemessenen Phasendifferenzwert entsprechen, erlangt werden, wo der jede repräsentative Offsetwert der jeden gemessenen Phasendifferenz entspricht (S30).
Eine Abbildungsfunktion, welche den Wackelfehler repräsentiert, kann basierend auf der Mehrzahl von repräsentativen Offsetwerten und der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen erlangt werden (S40).
16 veranschaulicht die gemessene Phasendifferenz MPD, welche den Werten C1 ~ C8 des Steuercodes entspricht, welcher demselben Pixel entspricht, welches durch Punkte und die lineare Funktion als das Ergebnis des Einpassens repräsentiert ist.
Wie in 16 veranschaulicht ist, kann jeder Offsetwert OFS, welcher einer Differenz zwischen jeder gemessenen Phasendifferenz Vm und jedem Wert Vt der linearen Funktion entspricht, erlangt werden. Als solches kann hinsichtlich jedes Pixels einer Mehrzahl von Pixeln, welche in dem ToF-Sensor enthalten ist, eine große Anzahl von Offsetwerten, welche verschiedenen gemessenen Phasendifferenzen entsprechen, erlangt werden.
Eine Mehrzahl von Offsetwerten OFS, welche wie obenstehend beschrieben erlangt werden, sind in dem linken Abschnitt der 17 veranschaulicht. Die Offsetwerte sind an den entsprechenden Werten V1 ~ V6 der gemessenen Phasendifferenz MPD angeordnet.
Hinsichtlich aller Werte V1 ~ V6 der gemessenen Phasendifferenzen kann jeder repräsentative Offsetwert ROFS auf den Offsetwerten basiert sein, welche jedem gemessenen Phsendifferenzwert MPD entsprechen. Beispielsweise kann ein Durchschnitt der Offsetwerte, welche derselben gemessenen Phasendifferenz entsprechen, als der repräsentative Offsetwert derselben gemessenen Phasendifferenz bestimmt werden, wie in 17 veranschaulicht ist. Basierend auf den repräsentativen Offsetwerten kann die Abbildungsfunktion, welche den Wackelfehler repräsentiert, bestimmt werden, wie untenstehend unter Bezugnahme auf 21 beschrieben werden wird. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Abbildungsfunktion als die Abbildungstabelle TAB vorgesehen sein, wie in dem rechten Abschnitt der 17 veranschaulicht ist, welche Abbildungsrelationen zwischen der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen und der Mehrzahl von repräsentativen Offsetwerten repräsentiert, welche die Abbildungsrelation zwischen den repräsentativen Offsetwerten und den gemessenen Phasendifferenzen aufweist.
18 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer lokalen Verzögerungsphase eines ToF-Sensors gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
In 18 entsprechen ein erster Sensor SEN1 und ein zweiter Sensor SEN2 ToF-Sensoren gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte, und ein dritter Sensor SEN3 und ein vierter Sensor SEN4 entsprechen herkömmlichen ToF-Sensoren. 18 veranschaulicht eine Betriebsfrequenz in MHz für eine Modulation und Demodulation und eine Rate (MXPD/2π) der maximalen Phasendifferenz MXPD hinsichtlich einer Zyklusperiode 2π für die jeweiligen Sensoren SEN1 ~ SEN4.
Auch wenn die herkömmlichen Sensoren SEN3 und SEN4 die lokale Verzögerungsphase haben, sind die Werte doch sehr klein. Wenn die Lichtquelle von 100 MHz in dem ersten Sensor SEN1 verwendet wird, kann die Abstandsinformation von 54,4 % der einen Zyklusperiode von einem Frame-Datum (frame data) des Testobjekts gemessen und abgetastet werden.
Ideale Fälle bei 20 MHz betrachtend benötigt der dritte Sensor SEN3 wenigstens 108 Messzyklen und der vierte Sensor SEN4 benötigt wenigstens 17 Messzyklen. Der erste Sensor SEN1 jedoch gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann den Wackelfehler hinsichtlich aller Bereiche durch wenigstens drei Messzyklen bei 80 MHz bestimmen.
Zusätzlich hat, unter Verwendung der variablen Verzögerungsschaltung GDL, welche in oder außerhalb des ToF-Sensors angeordnet sein kann, die Änderung der globalen Verzögerungsphase denselben Effekt, dass das Testobjekt wie beispielsweise das Plane Chart PLC bewegt wird, auch wenn das Plane Chart PLC fixiert ist.
Als solches können verschiedene Phasendifferenzen durch ein Implementieren der unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen gemäß den Messzyklen und der unterschiedlichen lokalen Verzögerungsphasen gemäß der Pixelposition effizient gemessen werden.
Die 19A bis 21 sind Diagramme zum Beschreiben von Effekten durch ein Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte.
Die 19A bis 21 veranschaulichen Ergebnisse einer Wackelkalibrierung des ToF-Sensors bei einer Betriebsfrequenz von 1000 MHz. Die horizontale Achse zeigt normalisierte Phasen 0 ~ 1 der einen zyklischen Periode 0 ~ π an, und die vertikale Achse zeigt den bestimmten repräsentativen Offsetwert des Wackelfehlers an.
Die 19A bis 20B veranschaulichen eine Nachschlagefunktion oder eine Nachschlagetabelle, welche für eine Wackelkalibrierung durch das sich bewegende Plane Chart PLC der 9A erzeugt ist. Ein White Board bzw. eine weiße Tafel von einer 94 %igen Reflexionsrate wurde als das Plane Chart PLC verwendet, und das White Board wurde ausgerichtet, um parallel mit der optischen Achse des ToF-Sensors zu sein. Das White Board wurde nacheinander folgend 20 mal um einen erwünschten (oder alternativ vorbestimmten) Einheitsabstand bewegt, um einen Bereich von 1500 mm zu umfassen, welcher der einen zyklischen Periode eines 100 MHz-Signals entspricht. Nur die Werte von 3 * 3 Pixeln an dem mittleren Abschnitt des White Board wurden abgetastet und der Durchschnittswert wird als der repräsentative Offsetwert der entsprechenden Phasendifferenz des Abstandes bestimmt. Das Messergebnis von 21 Messzyklen ist in 19A gezeigt, und das Einpass-Ergebnis ist in 19B gezeigt. Für den Zweck des Vergleichs kann der Bereich von 1500 mm durch zehn dividiert werden, d. h. die 11 Messzyklen können durchgeführt werden. Das Messergebnis von 11 Messzyklen ist in 20A gezeigt und das Einpass-Ergebnis ist in 20B gezeigt.
Wie in den 19A und 19B veranschaulicht, ist es schwierig, ausreichend Daten zu erlangen, auch mit 21 Messzyklen. Die Wackelkalibrierung wird eine nach der anderen pro jedem ToF-Sensor durchgeführt, und demnach benötigt solch ein herkömmliches Verfahren eines sich bewegenden Chart zu viel Testzeit.
Im Gegensatz dazu wurde gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte das White Board bei 500 mm von dem ToF-Sensor fixiert und das White Board wurde für 21 und 11 Messzyklen wie die herkömmlichen Fälle aufgenommen.
Wie unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 beschrieben ist, kann der Wackelfehler basierend auf den gemessenen Phasendifferenzen all der Pixel und der Mehrzahl von Messzyklen bestimmt werden. Die Messergebnisse von 21 und 11 Messzyklen sind in 21 übereinandergelegt.
Im Fall des herkömmlichen, sich bewegenden Plane Chart PLC muss das White Board fein bewegt werden, und demnach benötigt es ungefähr 5 - 6 Minuten für 21 Messzyklen. Im Gegensatz dazu kann das benötigte Aufnehmen und die Berechnung der Abbildungstabelle innerhalb einiger Sekunden vollendet werden.
Wenn die Temperatur während der Wackelkalibrierung geändert wird, können Fehler in den gemessenen Phasendifferenzen verursacht werden. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann die Wackelkalibrierung innerhalb ungefähr 3 Sekunden vollendet werden, und demnach ist das Verfahren gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte robust gegen die Temperaturänderung.
Wie in 21 veranschaulicht ist, kann die kompakte und gleichmäßige Abbildungstabelle gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte ohne ein zusätzliches nichtlineares Einpassen erlangt werden. Zusätzlich zeigt 21, dass das Ergebnis von 11 Messzyklen im Wesentlichen dasselbe ist wie das Ergebnis von 21 Messzyklen, was bedeutet, dass der Wackelfehler durch die kleinere Anzahl der Messzyklen erlangt werden kann.
22 ist ein Blockschaltbild, welches ein Kamerasystem gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht, und 23 ist ein Diagramm, welches eine Fehlerkalibrierung durch ein Kamerasystem gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte veranschaulicht.
Bezugnehmend auf 22 kann ein Kamerasystem 500 einen ToF-Sensor 530 aufweisen, welcher gekoppelt und mit einem Prozessor CPU oder Host 520 in Kommunikation ist. Das Kamerasystem 500 kann ebenso ein Speichermodul 510 aufweisen, welches mit dem Prozessor 520 gekoppelt ist, um Informationsgehalt zu speichern wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Daten, welche von dem ToF-Sensor 530 empfangen werden. Zusätzlich kann das Speichermodul 510 eine Abbildungstabelle TAB eines Wackelfehlers speichern, welcher durch die Verfahren gemäß wenigstens einiger beispielhafter Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte bestimmt wird.
Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann das gesamte Kamerasystem 500 in einer einzelnen integrierten Schaltung (IC = integrated circuit = integrierte Schaltung) oder einem Chip eingekapselt sein. Alternativ können eines oder mehrere der Module 510, 520 und 530 in einem separaten Chip implementiert sein.
Der Prozessor 520 kann einen Phasendifferenzgenerator PDG und eine Fehlerkalibriereinheit CALB aufweisen. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte, kann der Phasendifferenzgenerator PDG und die Fehlerkalibriereinheit CALB jeweils durch eine Schaltung oder Schaltkreise ausgeführt sein.
Der Phasendifferenzgenerator PDG kann gemessene Phasendifferenzen basierend auf Abtastdaten vorsehen, welche durch ein Abtasten eines Empfangs-Lichts vorgesehen sind. Gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte kann der Phasendifferenzgenerator PDG in dem ToF-Sensor 530 angeordnet sein, und in diesem Fall kann der Prozessor 520 die gemessenen Phasendifferenzen anstelle der Abtastdaten vorsehen.
Die Fehlerkalibriereinheit CALB kann einen gemessenen Abstand von dem ToF-Sensor zu einem Zielobjekt basierend auf dem Wackelfehler oder der Abbildungstabelle TAB kalibrieren. Der erste Fall CS1 in 23 zeigt die Abweichungen vor der Wackelkalibrierung an, und der zweite Fall CS2 in 23 zeigt die Abweichungen nach der Wackelkalibrierung an.
Das Kamerasystem 500 kann nicht-tragbar oder tragbar sein. Einige Beispiele der nicht-tragbaren Version des Kamerasystems 500 können einschließen, sind jedoch nicht beschränkt auf ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Automobil oder einen Lastkraftwagen, ein Flugzeug, eine Luftplattform, ein Wasserfahrzeug, ein schienengeführtes Fahrzeug, eine fahrerseitig angebrachte Kamera in einem Fahrzeug (beispielsweise um zu überwachen, ob der Fahrzeugführer wach ist oder nicht), eine Spielekonsole in einer Videoarkade, ein interaktives Video-Terminal, ein Maschinenvisionssystem, einen Industrieroboter, eine VR-Ausstattung usw.
Einige Beispiele der tragbaren Version des Kamerasystems 500 können aufweisen, sind jedoch nicht beschränkt auf populäre Consumerelektronik-Gadgets wie beispielsweise eine mobile Vorrichtung, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, eine Nutzerausstattung (UE = User Equipment = Nutzerausstattung), ein Tablet, eine digitale Kamera, einen Laptop- oder Desktop-Computer, eine elektronische Smartwatch, eine Maschine-zu-Maschine(M2M)-Kommunikationseinheit, eine virtuelle Realitäts (VR)-Ausstattung oder - Modul, einen Roboter und dergleichen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Prozessor 520 eine CPU sein, welche ein Mikroprozessor sein kann, welcher Programmcode verarbeitet. Prozessoren, welche Programmcode ausführen, sind programmierte Prozessoren, und sind demnach Sonderzweck-Computer. In der Diskussion hierin können die Begriffe „Prozessor“ und „CPU“ austauschbar zum Zweck der Diskussion verwendet werden. Es wird jedoch verstanden, dass anstelle von oder zusätzlich zu der CPU der Prozessor 119 einen beliebigen anderen Typ von Prozessor enthalten kann wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, einen Mikrocontroller, einen digitalen Signalprozessor (DSP = Digital Signal Prozessor = digitaler Signalprozessor), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU = Graphics Processing Unit = Grafikverarbeitungseinheit), einen dedizierten anwendungsspezifische integrierte Schaltungs (ASIC = Application Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung)-Prozessor und dergleichen.
24 ist ein Blockschaltbild, welches ein Berechnungssystem bzw. Computersystem veranschaulicht, welches einen ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte aufweist.
Bezugnehmend auf 24 weist ein Berechnungssystem 1000 einen Prozessor 1010, eine Speichervorrichtung (memory device) 1020, eine Speichereinrichtung (storage device) 1030, eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung 1040, eine Leistungsversorgung 1050 und/oder einen ToF-Sensor 100 auf. Obwohl es in 24 nicht veranschaulicht ist, kann das Berechnungssystem 1000 ferner einen Port bzw. Anschluss zum Kommunizieren mit elektronischen Vorrichtungen wie beispielsweise einer Videokarte, einer Soundkarte, einer Speicherkarte, einer USB-Vorrichtung etc. aufweisen.
Der Prozessor 1010 kann spezifische Berechnungen und/oder Aufgaben bzw. Tasks durchführen. Beispielsweise kann der Prozessor 1010 ein Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = Central Processing Unit = zentrale Verarbeitungseinheit), ein digitaler Signalprozessor oder dergleichen sein. Der Prozessor 1010 kann mit der Speichervorrichtung 1020, der Speichereinrichtung 1030 und der Eingabe-/AusgabeVorrichtung 1040 über einen Adressbus, einen Steuerbus und/oder einen Datenbus kommunizieren.
Der Prozessor 1010 kann an einen Erweiterungsbus, wie beispielsweise einen Peripheral Component Interconnect (PCI)-Bus gekoppelt sein. Die Speichervorrichtung 1020 kann Daten zum Betreiben des Berechnungssystems 1020 speichern.
Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 1020 implementiert sein durch einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM = Dynamic Access Memory = dynamischer Direktzugriffsspeicher), einen mobilen DRAM, einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM = Static Random Access Memory = statischer Direktzugriffsspeicher), einen Phasenübergangs-Direktzugriffsspeicher (PRAM = Phase Change Random Access Memory = Phasenübergangs-Direktzugriffsspeicher), einen Widerstands-Direktzugriffsspeicher (RRAM = Resistance Random Access Memory = Widerstands-Direktzugriffsspeicher), einen Nano Floating Gate-Speicher (NFGM = Nano Floating Gate Memory = Nano Floating Gate-Speicher), einen Polymer-Direktzugriffsspeicher (PoRAM = Polymer Random Access Memory = Polymer-Direktzugriffsspeicher), einen magnetischen Direktzugriffsspeicher (MRAM = Magnetic Random Access Memory = magnetischer Direktzugriffsspeicher), einen ferroelektrischen Direktzugriffsspeicher (FRAM = Ferroelectric Random Access Memory = ferrelektrischer Direktzugriffsspeicher) oder dergleichen. Die Speichervorrichtung 1030 kann ein Festkörperlaufwerk, ein Festplattenlaufwerk, ein CD-ROM oder dergleichen aufweisen. Die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1040 kann eine Eingabevorrichtung, wie beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, ein Keypad etc. aufweisen und eine Ausgabevorrichtung, wie beispielsweise einen Drucker, eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen. Die Leistungsversorgung 1050 kann Leistung zu der Berechnungsvorrichtung 1000 zuführen.
Der ToF-Sensor 100 kann an den Prozessor 1010 über die Busse oder andere gewünschte Kommunikationsverbindungen gekoppelt sein. Wie obenstehend beschrieben ist, kann der ToF-Sensor 100 effizient verschiedene Phasendifferenzen durch ein Implementieren der unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen gemäß den Messzyklen und der unterschiedlichen lokalen Verzögerungsphasen gemäß der Pixelposition messen. Der ToF-Sensor 100 kann mit dem Prozessor 1010 in dem gleichen Chip integriert sein, oder sie können in jeweiligen Chips integriert sein.
25 ist ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel einer Schnittstelle, welche in einem Berechnungssystem der 24 verwendet wird, veranschaulicht.
Bezugnehmend auf 25 kann ein Berechnungssystem 1100 eine MIPI-Schnittstelle einsetzen oder unterstützen und kann einen Anwendungsprozessor 1110, einen ToF-Sensor 1140 und eine Anzeigevorrichtung 1050 aufweisen. Ein CSI-Host 1112 des Anwendungsprozessors 1110 kann eine serielle Kommunikation mit einer CSI-Vorrichtung 1141 des dreidimensionalen Bildsensors 1140 unter Verwendung einer seriellen Kameraschnittstelle (CSI = Camera Serial Interface = serielle Kameraschnittstelle) durchführen. In beispielhaften Ausführungsformen kann der CSI-Host 1112 einen Deserialisierer DES aufweisen, und die CSI-Vorrichtung 1141 kann einen Serialisierer SER aufweisen. Ein DSI-Host 1111 des Anwendungsprozessors 1110 kann eine serielle Kommunikation mit einer DSI-Vorrichtung 1151 der Anzeigevorrichtung 1150 unter Verwendung einer seriellen Anzeigeschnittstelle (DSI = Display Serial Interface = serielle Anzeigeschnittstelle) durchführen. In beispielhaften Ausführungsformen kann der DSI-Host 1111 einen Serialisierer SER aufweisen, und die DSI-Vorrichtung 1151 kann einen Deserialisierer DES aufweisen.
Das Berechnungssystem 1100 kann ferner einen Funkfrequenz (RF = Radio Frequency = Funkfrequenz)-Chip 1160 aufweisen. Eine physikalische Schicht PHY 1113 des Anwendungsprozessors 1110 kann einen Datentransfer mit einer physikalischen Schicht PHY 1161 des RF-Chips 1160 unter Verwendung eines MIPI DigRF durchführen. Die PHY 1113 des Anwendungsprozessors 1110 kann einen DigRF MASTER 1114 zum Steuern des Datentransfers mit der PHY 1161 oder dem RF-Chip 1160 koppeln (oder alternativ kommunizieren).
Das Berechnungssystem 1100 kann ferner ein globales Positionierungssystem (GPS = Global Positioning System = globales Positionierungssystem) 1120, eine Speichereinrichtung 1170, ein Mikrofon 1180, einen DRAM 1185 und/oder einen Lautsprecher 1190 aufweisen. Das Berechnungssystem 1100 kann mit externen Vorrichtungen unter Verwendung einer Ultrabreitband (UWB = Ultrawide Band = Ultrabreitband)-Kommunikation 1210, einer Wireless Local Area Network (WLAN)-Kommunikation 1220, einer Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMax)-Kommuniation 1230 oder dergleichen kommunizieren. Beispielhafte Ausführungsformen sind jedoch nicht auf Konfigurationen oder Schnittstellen des Berechnungssystems 1000 und 1100, welche in den 24 und 25 veranschaulicht sind, beschränkt.
Prozessoren, welche in der vorliegenden Beschreibung diskutiert sind (beispielsweise Prozessoren 520, 1010 und 1110) können Verarbeitungsschaltungen sein, wie beispielsweise Hardware, welche Logikschaltungen aufweist; eine Hardware/Software-Kombination, welche Software ausführt; oder eine Kombination davon. Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung spezifischer aufweisen, ist jedoch nicht beschränkt auf eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = Central Processing Unit = zentrale Verarbeitungseinheit), eine arithmetische Logikeinheit (ALU = Arithmetic Logic Unit = artithmetische Logikeinheit), einen digitalen Signalprozessor, einen Mikrocomputer, ein Field Programmable Gate Array (FPGA) und eine programmierbare Logikeinheit, einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung), etc.
Wie obenstehend beschrieben ist, können der ToF-Sensor und das Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in dem ToF-Sensor gemäß wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte den Wackelfehler mit einer kleinen Anzahl von Messzyklen erlangen, da Abtastungen von verschiedenen Abständen oder Phasendifferenzen durch ein einzelnes Chart-Image unter Verwendung der Mehrzahl von lokalen Verzögungsphasen und der variablen globalen Verzögerungsphase erhalten werden können.
Wenigstens einige beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte können auf beliebige Vorrichtungen und Systeme, welche einen ToF-Sensor aufweisen, angewandt werden. Beispielsweise kann wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform der erfinderischen Konzepte auf Systeme angewandt werden, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Smartphone, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA = Personal Digital Assistant = persönlicher digitaler Assistent), einen tragbaren Multimedia-Abspieler (PMP = Portable Multimedia Player = tragbarer Multimedia-Abspieler), eine digitale Kamera, einen Camcorder, einen Personalcomputer (PC), einen Servercomputer, eine Workstation, einen Laptopcomputer, einen digitalen TV, eine Set-Top-Box, eine tragbare Spielekonsole, ein Navigationssystem etc.
Beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte wurden auf diese Weise beschrieben, es wird offensichtlich sein, dass dieselben auf vielen Wegen variiert werden können. Solche Variationen dürfen nicht als eine Abweichung von dem beabsichtigten Gedanken und Umfang von beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte betrachtet werden, und alle solche Modifikationen, wie sie für einen Fachmann offensichtlich wären, sind vorgesehen, um innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche enthalten zu sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 1020190113980 [0001]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren von Fehlern in einem Time-of-Flight (ToF)-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: ein Beleuchten eines Testobjekts mit einem Sende-Licht (TX), welches basierend auf einem Modulationssignal (MOD) moduliert ist, ein Erzeugen, unter Verwendung einer Pufferkettenschaltung (DBC), einer Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEMl ∼ DEMm), welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen unter einer Mehrzahl von lokalen Verzögerungsphasen haben; ein Vorsehen einer Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD) durch ein Vorsehen der Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEMI ~ DEMm) für eine Mehrzahl von Pixelgruppen (CG1 ~ CGm), welche in einem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) enthalten sind, um ein Empfangs-Licht (RX), welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEM1 ~ DEMm) abzutasten; ein Bestimmen eines Wackelfehlers basierend auf der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD), wobei der Wackelfehler von einer Phasendifferenz zwischen dem Sende-Licht (TX) und dem Empfangs-Licht (RX) abhängt; und ein Kalibrieren eines gemessenen Abstandes von dem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) zu einem Zielobjekt basierend auf dem Wackelfehler.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Erzeugen des Modulationssignals (MOD) derart, dass das Modulationssignal (MOD) unterschiedliche globale Verzögerungsphasen jeweils in einer Mehrzahl von Messzyklen hat.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Testobjekt an einer gleichen Position während der Mehrzahl von Messzyklen fixiert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von lokalen Verzögerungsphasen während der Mehrzahl von Messzyklen fixiert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wackelfehler basierend auf der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD) bestimmt wird, welche hinsichtlich allen Pixeln, welche in dem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) enthalten sind, gemessen wird, und wobei die Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD) während jedem der Mehrzahl von Messzyklen vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen des Modulationssignals (MOD) folgendes aufweist: ein Erzeugen unter Verwendung einer variablen Verzögerungsschaltung (GDL) des Modulationssignals (MOD) derart, dass das Modulationssignal (MOD) eine variable Verzögerung abhängig von einem Steuercode hat; und ein Ändern des Steuercodes sequenziell in der Mehrzahl von Messzyklen derart, dass das Modulationssignal (MOD) die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen hat.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die variable Verzögerungsschaltung (GDL) außerhalb des ToF-Sensors (30, 100, 101, 530, 1140) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen des Wackelfehlers folgendes aufweist: hinsichtlich jedes Pixels einer Mehrzahl von Pixeln, welche in dem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) enthalten sind, ein Einpassen der gemessenen Phasendifferenzen (MPD), welche jedem Pixel entsprechen und während der Mehrzahl von Messzyklen gemessen werden, in jede lineare Funktion; ein Erlangen einer Mehrzahl von Offsetwerten (OFS), wobei jeder Offsetwert (OFS) einer Differenz zwischen jeder gemessenen Phasendifferenz (MPD), welche jeden Pixel entspricht, und einem Wert jeder linearen Funktion entspricht; ein Erlangen für jede gemessene Phasendifferenz (MPD) unter der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD) eines repräsentativen Offsetwerts (ROFS) basierend auf den Offsetwerten (OFS), welche jeder gemessenen Phasendifferenz (MPD), welche denselben Wert hat, entsprechen; und ein Erlangen einer Abbildungsfunktion, welche den Wackelfehler repräsentiert, basierend auf den erlangten repräsentativen Offsetwerten (ROFS), welche jeweils den gemessenen Phasendifferenzen (MPD), welche unterschiedliche Werte haben, entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Erlangen der Abbildungsfunktion ein Erzeugen einer Abbildungstabelle (TAB) aufweist, welche die gemessenen Phasendifferenzen (MPD), welche die unterschiedlichen Werte haben, auf die repräsentativen Offsetwerte (ROFS) abbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pufferkettenschaltung (DBC) in dem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) integriert ist.
Testsystem, das Folgendes aufweist: einen Time-of-Flight(ToF)-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140); und eine Testvorrichtung (20), welche konfiguriert ist, um einen Wackelfehler des ToF-Sensors (30, 100, 101, 530, 1140) zu messen, wobei der ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) Folgendes aufweist: eine Lichtquelle (LS), welche konfiguriert ist, um ein Testobjekt mit einem Sende-Licht (TX), welches basierend auf einem Modulationssignal (MOD) moduliert ist, zu beleuchten, eine Pufferkettenschaltung (DBC), welche konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEMI ~ DEMm) zu erzeugen, welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben; und ein Pixelarray (110), welches eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, welche konfiguriert sind, um ein Empfangs-Licht (RX), welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEM1 ~ DEMm) abzutasten, wobei die Mehrzahl von Pixeln in eine Mehrzahl von Pixelgruppen (CG1 ~ CGm) gruppiert ist, wobei jede Pixelgruppe (CG1 ~ CGm) die Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEM1 ~ DEMm) empfängt, welche jede lokale Verzögerungsphase haben.
Testsystem nach Anspruch 11, wobei das Modulationssignal (MOD) unterschiedliche globale Verzögerungsphasen jeweils in einer Mehrzahl von Messzyklen hat.
Testsystem nach Anspruch 12, wobei die Testvorrichtung (20) eine variable Verzögerungsschaltung (GDL) aufweist, welche eine variable Verzögerung hat, wobei die variable Verzögerungsschaltung (GDL) konfiguriert ist, um das Modulationssignal (MOD) basierend auf einem Steuercode zu erzeugen derart, dass das Modulationssignal (MOD) die variable Verzögerung hat, welche dem Steuercode entspricht, und wobei die Testvorrichtung (20) den Steuercode sequenziell in der Mehrzahl von Messzyklen ändert derart, dass das Modulationssignal (MOD) die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen hat.
Testsystem nach Anspruch 13, wobei die variable Verzögerungsschaltung (GDL) eine Mehrzahl von Verzögerungseinheiten (71 ∼ 74) aufweist, welche seriell verbunden sind, und jede der Mehrzahl von Verzögerungseinheiten (71 ~ 74) Folgendes aufweist: eine Verzögerungsschaltung (51 ~ 54), welche konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal einer vorangehenden Verzögerungseinheit (71 ∼ 74) zu verzögern, um ein verzögertes Signal auszugeben; und einen Selektor (61 - 64), welcher konfiguriert ist, um eines des Ausgangssignals der vorangehenden Verzögerungseinheit (71 ∼ 74) und des verzögerten Signals in Antwort auf jedes Bit des Steuercodes auszuwählen und auszugeben.
Testsystem nach Anspruch 12, wobei der ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) eine variable Verzögerungsschaltung (GDL) aufweist, welche eine variable Verzögerung hat, wobei die variable Verzögerungsschaltung (GDL) konfiguriert ist, um das Modulationssignal (MOD) basierend auf einem Steuercode zu erzeugen derart, dass das Modulationssignal (MOD) die variable Verzögerung hat, welche dem Steuercode entspricht, und wobei die Testvorrichtung (20) den Steuercode sequenziell in der Mehrzahl von Messzyklen ändert derart, dass das Modulationssignal (MOD) die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen hat.
Testsystem nach Anspruch 12, wobei die Testvorrichtung (20) konfiguriert ist, um: hinsichtlich jedes Pixels einer Mehrzahl von Pixeln, welche in dem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) enthalten sind, die gemessenen Phasendifferenzen (MPD), welche jedem Pixel entsprechen und während der Mehrzahl von Messzyklen gemessen werden, in jede lineare Funktion einzupassen; eine Mehrzahl von Offsetwerten (OFS) zu erlangen, wobei jeder Offsetwert (OFS) einer Differenz zwischen jeder gemessenen Phasendifferenz (MPD) und einem Wert jeder linearen Funktion entspricht; jeden repräsentativen Offsetwert (ROFS) einer Mehrzahl von repräsentativen Offsetwerten (ROFS) basierend auf den Offsetwerten (OFS) zu erlangen, welche jedem gemessenen Phasendifferenzwert entsprechen, wobei jeder repräsentative Offsetwert (ROFS) jeder gemessenen Phasendifferenz (MPD) entspricht; und eine Abbildungsfunktion zu erlangen, welche den Wackelfehler basierend auf der Mehrzahl von repräsentativen Offsetwerten (ROFS) und der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD) repräsentiert.
Testsystem nach Anspruch 16, wobei die Testvorrichtung (20) die Abbildungsfunktion als eine Abbildungstabelle (TAB) vorsieht, welche Abbildungsrelationen zwischen der Mehrzahl von gemessenen Phasendifferenzen (MPD) und der Mehrzahl von repräsentativen Offsetwerten (ROFS) repräsentiert, und wobei der ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) einen gemessenen Abstand von dem ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) zu einem Zielobjekt basierend auf der Abbildungstabelle kalibriert.
Time-of-Flight (ToF)-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140), der Folgendes aufweist: eine Lichtquelle (LS), welche konfiguriert ist, um ein Testobjekt mit einem Sende-Licht (TX) zu beleuchten, welches basierend auf einem Modulationssignal (MOD) moduliert ist, eine Pufferkettenschaltung (DBC), welche konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEMI ∼ DEMm), welche unterschiedliche lokale Verzögerungsphasen haben, zu erzeugen; und ein Pixelarray (110), welches eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, welche konfiguriert sind, um ein Empfangs-Licht (RX), welches von dem Testobjekt reflektiert wird, basierend auf der Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEM1 ~ DEMm) abzutasten, wobei die Mehrzahl von Pixeln in eine Mehrzahl von Pixelgruppen (CG1 ~ CGm) gruppiert ist, wobei jede Pixelgruppe (CG1 ~ CGm) die Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEM1 ~ DEMm) empfängt, welche jede lokale Verzögerungsphase haben.
ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) nach Anspruch 18, wobei die variable Verzögerungsschaltung (GDL) eine Mehrzahl von Verzögerungseinheiten (71 ~ 74) aufweist, welche seriell verbunden sind und konfiguriert sind, um die Mehrzahl von Demodulationssignalen (DEM, DEM1 ~ DEMm) zu erzeugen.
ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) nach Anspruch 19, ferner aufweisend: eine variable Verzögerungsschaltung (GDL), welche konfiguriert ist, um das Modulationssignal (MOD) basierend auf einem Steuercode zu erzeugen derart, dass das Modulationssignal (MOD) eine variable Verzögerung hat, welche dem Steuercode entspricht, und wobei der ToF-Sensor (30, 100, 101, 530, 1140) von einer externen Testvorrichtung (20) empfängt, wobei die Testvorrichtung (20) den Steuercode sequenziell in der Mehrzahl von Messzyklen ändert derart, dass das Modulationssignal (MOD) die unterschiedlichen globalen Verzögerungsphasen jeweils in der Mehrzahl von Messzyklen hat.