TW202020471A - 飛時測距感測器以及飛時測距方法 - Google Patents

飛時測距感測器以及飛時測距方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202020471A
TW202020471A TW108127321A TW108127321A TW202020471A TW 202020471 A TW202020471 A TW 202020471A TW 108127321 A TW108127321 A TW 108127321A TW 108127321 A TW108127321 A TW 108127321A TW 202020471 A TW202020471 A TW 202020471A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
signal
sensing
sub
light
time
Prior art date
Application number
TW108127321A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI722519B (zh
Inventor
游騰健
Original Assignee
精準基因生物科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 精準基因生物科技股份有限公司 filed Critical 精準基因生物科技股份有限公司
Publication of TW202020471A publication Critical patent/TW202020471A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI722519B publication Critical patent/TWI722519B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/499—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本發明提出一種飛時測距感測器以及飛時測距方法。飛時測距感測器包括信號處理電路、光發射器以及光感測器。光發射器發射具有第一偏極化方向的脈衝光至感測目標。光感測器感測感測目標反射的脈衝光，以藉由第一子像素重複單元輸出第一感測信號以及藉由第二子像素重複單元輸出第二感測信號至信號處理電路。信號處理電路依據第一感測信號以及第二感測信號來決定脈衝信號，並且信號處理電路依據脈衝光以及脈衝信號來決定感測目標的深度資訊。

Description

飛時測距感測器以及飛時測距方法
本發明是有關於一種感測器，且特別是有關於一種飛時（Time-of-Flight, ToF）測距感測器以及飛時測距方法。
隨著測距技術的演進，各種測距技術不斷地被發展出來，並且被廣泛地應用於例如車距偵測、人臉辨識以及各種物聯網（Internet-of-Things, IoT）設備。常見的測距技術例如是紅外線測距（Infrared Radiation, IR）技術、超聲波（Ultrasound）測距技術以及脈衝光（Intense Pulsed Light, IPL）測距技術。然而，隨著測距的精準度要求越來越高，採用飛行時間（Time-of-Flight, ToF）量測方法的脈衝光測距技術是目前本領域主要的研究方向之一。對此，如何提升飛行時間測距的精準度，以下將提出幾個實施例的解決方案。
本發明提供一種飛時（Time-of-Flight, ToF）測距感測器以及飛時測距方法，可提供能準確地感測飛時測距感測器與感測目標之間的距離的效果。
本發明的飛時測距感測器包括信號處理電路、光發射器以及光感測器。光發射器耦接信號處理電路。光發射器用以發射具有第一偏極化方向的脈衝光至感測目標。光感測器耦接信號處理電路。光感測器用以感測感測目標反射的脈衝光，以藉由第一子像素重複單元輸出第一感測信號以及藉由第二子像素重複單元輸出第二感測信號至信號處理電路。第一子像素重複單元包括多個彩色子像素單元以及具有第一偏極化方向的第一脈衝光感測單元。第二子像素重複單元包括另多個彩色子像素單元以及具有第二偏極化方向的第二脈衝光感測單元。信號處理電路依據第一感測信號以及第二感測信號來決定脈衝信號。信號處理電路依據脈衝光以及脈衝信號來決定感測目標的深度資訊。
本發明的飛時測距方法包括以下步驟：藉由光發射器發射具有第一偏極化方向的脈衝光至感測目標；藉由光感測器感測感測目標反射的脈衝光，以藉由第一子像素重複單元輸出第一感測信號以及藉由第二子像素重複單元輸出第二感測信號；以及藉由信號處理電路依據第一感測信號以及第二感測信號來決定脈衝信號，並且依據脈衝光以及脈衝信號來決定感測目標的深度資訊。第一子像素重複單元包括多個彩色子像素單元以及具有第一偏極化方向的第一脈衝光感測單元。第二子像素重複單元包括另多個彩色子像素單元以及具有第二偏極化方向的第二脈衝光感測單元。
基於上述，本發明的飛時測距感測器以及飛時測距方法可透過脈衝光以及光感測器的偏極化設計，來有效地降低或消除背景雜訊的影響，以提升測距的精準度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1是依照本發明的一實施例的飛時測距感測器的方塊示意圖。參考圖1，飛時測距感測器100包括信號處理電路110（Signal Processor）、光發射器120以及光感測器130。信號處理電路110耦接光發射器120以及光感測器130。信號處理電路110可包括數位電路及類比電路，本發明並不加以限制。在本實施例中，光發射器120可例如是脈衝光發射器或雷射二極體（Laser Diode），並且光感測器130可例如是互補式金屬氧化物半導體影像感測器（CMOS Image Sensor, CIS）。光發射器120用以發射出紅外光（Infrared Radiation, IR）的光脈衝。在本實施例中，信號處理電路110驅動光發射器120以及光感測器130，以使光發射器120發射脈衝光至感測目標200，並且光感測器130感測經由感測目標200反射的脈衝光。
在本實施例中，光感測器130可包括第一子像素重複單元以及第二子像素重複單元。第一子像素重複單元包括多個彩色子像素單元以及具有第一偏極化方向的第一脈衝光感測單元。第二子像素重複單元包括另多個彩色子像素單元以及具有第二偏極化方向的第二脈衝光感測單元。因此，本實施例的光感測器130可用於取得彩色影像資訊、紅外光影像資訊以及深度資訊。此外，在本實施例中，光發射器120可發射例如是具有垂直偏極化方向的脈衝光或水平偏極化方向的脈衝光至感測目標200。
具體而言，由於光感測器130在感測過程中，將同時感測到背景雜訊，因此本實施例的光感測器130可藉由不同偏極化的第一脈衝光感測單元以及第二脈衝光感測單元來分別輸出多個感測結果。在本實施例中，第一子像素重複單元以及第二子像素重複單元例如是交錯重複且陣列排列在像素基板上，但本發明並不加以限制。在本實施例中，信號處理器110將第一子像素重複單元以及第二子像素重複單元的感測結果經由運算後可正確地取得對應於脈衝光的信號波形，以便能準確地計算飛時測距感測器100與感測目標200之間的距離。
舉例而言，信號處理電路110可依據脈衝光從被發射到感測到反射的脈衝光的時間來換算脈衝光的光路徑長度，並且光路徑長度的二分之一為飛時測距感測器100與感測目標200之間的距離。換言之，本實施例的飛時測距感測器100可利用不同的偏極化的感測結果來區分經由感測目標200反射的偏極化的脈衝光以及對應於環境光的背景雜訊，並且可適用於各種信號強度的脈衝光。
圖2是依照本發明的一實施例的光感測器的方塊示意圖。圖3A是依照本發明的一實施例的第一子像素重複單元的示意圖。圖3B是依照本發明的一實施例的第二子像素重複單元的示意圖。參考圖1至圖3B，上述圖1的光感測器130可進一步包括如圖2的像素陣列231，並且像素陣列231耦接時序控制電路211以及讀出電路212。在本實施例中，圖2的像素陣列231可包括如圖3A的第一子像素重複單元331以及如圖3B的第二子像素重複單元332。換言之，多個第一子像素重複單元331以及多個第二子像素重複單元332可交錯排列以形成陣列，但本發明並不限制第一子像素重複單元331以及第二子像素重複單元332在像素陣列231中的排列方式。
更進一步而言，像素陣列231的每一個子像素單元上可各別設置或形成彩色濾光片（color filter）。在本實施例中，第一子像素重複單元331可包括多個彩色像素單元以及第一脈衝光感測單元IR1。所述多個彩色像素單元例如包括紅色子像素單元R、綠色子像素單元G以及藍色子像素單元B。在本實施例中，第二子像素重複單元332可包括另多個彩色像素單元以及第二脈衝光感測單元IR2。所述另多個彩色像素單元例如包括紅色子像素單元R’、綠色子像素單元G’以及藍色子像素單元B’。
在本實施例中，時序控制電路211用以提供時序信號，以控制像素陣列231進行影像感測操作或測距操作。當像素陣列231執行影像感測操作時，第一子像素重複單元331以及第二子像素重複單元332的紅色子像素單元R、R’、綠色子像素單元G、G’以及藍色子像素單元B、B’可提供彩色影像資訊，並且可搭配第一脈衝光感測單元IR1以及第二脈衝光感測單元IR2來提供紅外光影像資訊。然而，當像素陣列231執行測距操作時，第一子像素重複單元331以及第二子像素重複單元332的紅色子像素單元R、R’、綠色子像素單元G、G’以及藍色子像素單元B、B’可被禁能，並且第一子像素重複單元331以及第二子像素重複單元332可僅藉由第一脈衝光感測單元IR1以及第二脈衝光感測單元IR2來進行測距。
在本實施例中，第一脈衝光感測單元IR1可具有第一偏極化方向，並且第二脈衝光感測單元IR2可具有第二偏極化方向。對此，光發射器120可發射例如是具有垂直偏極化方向的脈衝光至感測目標200，並且感測目標200反射具有垂直偏極化方向的脈衝光至在光感測器130當中具有垂直偏極化方向的第一脈衝光感測單元IR1以及具有水平偏極化方向的第二脈衝光感測單元IR2。因此，光感測器130的第一脈衝光感測單元IR1可依據垂直偏極化方向的脈衝光以及對應於環境光來輸出第一感測信號，並且所述第一感測信號包括對應於脈衝光的脈衝信號以及對應於整體背景雜訊的一部分具有垂直偏極化方向的第一背景雜訊信號。光感測器130的第二脈衝光感測單元IR2可輸出第二感測信號，並且所述第二感測信號包括對應於環境光的整體背景雜訊的另一部分具有水平偏極化方向的第二背景雜訊信號。值得注意的是，由於第二脈衝光感測單元IR2與脈衝光的偏極化方向不同，因此第二感測信號不包括對應於脈衝光的脈衝信號。
更進一步而言，由於第一背景雜訊信號的信號強度與第二背景雜訊信號的信號強度相同或相近，因此本實施例的信號處理電路110可在一個圖框操作中將經由不同偏極化的不同像素單元所取得的第一感測信號以及第二感測信號進行信號強度相減運算，即可取得無背景雜訊的脈衝信號的信號波形。也就是說，本實施例的信號處理電路110可依據光發射器120發射偏極化的脈衝光與光感測器130感測到脈衝信號之間的時間差，來準確地計算出飛時測距感測器100與感測目標200之間的距離。
圖4是依照本發明的一實施例的多個信號波形的時序圖。參考圖1至圖4，舉例而言，光發射器120可依據電壓信號Sa來發射具有垂直偏極化方向的脈衝光。電壓信號Sa包括脈衝信號P。接著，具有垂直偏極化方向的第一脈衝光感測單元IR1以及具有水平偏極化方向的第二脈衝光感測單元IR2被致能，以持續進行感測。第一脈衝光感測單元IR1可輸出如圖4所示的電壓信號Sp，並且第二脈衝光感測單元IR2可輸出如圖4所示的電壓信號Sb。
在本實施例中，由於第一脈衝光感測單元IR1與脈衝光的偏極化方向相同，因此第一脈衝光感測單元IR1輸出的電壓信號Sp可包括對應於環境光的背景雜訊信號BN’以及脈衝信號P’。在本實施例中，由於第二脈衝光感測單元IR2與脈衝光的偏極化方向不同，因此第二脈衝光感測單元IR2輸出的電壓信號Sp包括對應於環境光的背景雜訊信號BN’。在本實施例中，背景雜訊信號BN、BN’具有相同信號強度。因此，信號處理電路110可藉由比較電壓信號Sp、Sb來輸出電壓信號Sr，並且電壓信號Sr僅具有脈衝信號P’，而無背景雜訊的信號。
在本實施例中，信號處理電路110可依據電壓信號Sr的脈衝信號P’的上升緣來取得讀出信號。因此，信號處理電路110可依據光發射器120發射脈衝光的時間與脈衝信號P’的上升緣所對應的讀出信號的發生時間之間的時間差，來決定飛時測距感測器100與感測目標200之間的距離。值得注意的是，依照上述信號處理方式，即使背景雜訊信號BN、BN’的信號強度高於脈衝信號P、P’，本實施例的信號處理電路110仍可有效地進行距離感測，並且可獲得準確的距離感測結果。
圖5是依照本發明的一實施例的脈衝信號的信號時序圖。參考圖1以及圖5，當信號處理電路110取得對應於光感測器130感測到的脈衝光的無背景雜訊的脈衝信號後，信號處理電路110可藉由執行直接飛時（Direct Time-of-Flight, D-ToF）測距運算來取得脈衝光的傳遞時間，以計算感測目標200的深度資訊。感測目標200的深度資訊係指飛時測距感測器100與感測目標200之間的距離。具體而言，信號處理電路110可依據光發射器120發射脈衝光（脈衝信號P1）與光感測器130感測到反射的脈衝光（脈衝信號P1’）之間的時間差T1來計算感測目標200的深度資訊。時間差T1可例如是脈衝信號P1的上升緣至脈衝信號P1’的上升緣之間的時間長度。也就是說，在本實施例中，信號處理電路110可例如將時間差T1乘以光速（C）再除以2，以取得距離（距離＝（T1×C）/2）。
圖6是依照本發明的另一實施例的脈衝信號的信號時序圖。參考圖1以及圖6，當信號處理電路110取得對應於光感測器130感測到的脈衝光的無背景雜訊的脈衝信號後，信號處理電路110可藉由執行間接飛時（Indirect Time-of-Flight, I-ToF）測距運算來取得脈衝光的傳遞時間，以計算感測目標200的深度資訊。具體而言，信號處理電路110可計算光發射器120發射脈衝光（脈衝信號P2）以及光感測器130感測到由感測目標200反射的脈衝光（脈衝信號P2’）之間的往返時間（round trip time）Trt，並且依據往返時間Trt來計算感測目標200的深度資訊。
舉例而言，光感測器130的脈衝光感測單元可進一步包括兩個電容單元，並且當脈衝光感測單元感測到由感測目標200反射的脈衝光時，脈衝光感測單元透過電容單元來儲能，以取得對應於進光量QA的電量以及對應於進光量QB的電量。因此，信號處理電路110可例如取得進光量QA以及進光量QB的對應參數、數值或電量，以進行以下公式（1）~（4）的計算。
對此，如下公式（1）~（4）的推導，進光量QA等於往返時間Trt乘以反射的光強度R，並且進光量QB等於脈衝寬度減去往返時間(T-Trt)再乘以反射的光強度R。因此，信號處理電路110可計算如以下公式（4）以取得距離D，其中C為光速參數。距離D為感測目標200的深度資訊。換言之，距離D為飛時測距感測器100與感測目標200之間的距離。
Figure 02_image001
…………（1）
Figure 02_image003
…………（2）
Figure 02_image005
…………（3）
Figure 02_image007
…………（4）
圖7是依照本發明的一實施例的飛時測距方法的流程圖。參考圖1以及圖7，本實施例的飛時測距方法可至少適用於圖1實施例的飛行時間測距裝置100。在步驟S710中，光發射器120發射具有第一偏極化方向的脈衝光至感測目標200。在步驟S720中，光感測器130感測感測目標200反射的脈衝光，以藉由第一子像素重複單元輸出第一感測信號以及藉由第二子像素重複單元輸出第二感測信號。在步驟S730中，信號處理電路110依據第一感測信號以及第二感測信號來決定脈衝信號，並且依據脈衝光以及脈衝信號來決定感測目標200的深度資訊。因此，本實施例的飛時測距方法能準確地感測感測目標200的深度資訊。感測目標200的深度資訊係指飛時測距感測器100與感測目標200之間的距離。
另外，關於本實施例的飛時測距感測器100的其他電路特徵、實施手段以及技術細節可參考上述圖1至圖6的實施例而獲致足夠的教示、建議以及實施說明，因此不再贅述。
綜上所述，本發明的飛時測距感測器以及飛時測距方法，可藉由具有第一偏極化方向的第一子像素重複單元以及具有第二偏極化方向的第二子像素重複單元來感測由感測目標反射的具有第一偏極化方向的的脈衝光，以取得具有脈衝信號以及第一背景雜訊信號的第一感測信號以及僅具有第二背景雜訊信號的第二感測信號。接著，本發明的飛時測距感測器可將第一感測信號以及第二感測信號進行信號強度相減運算後，以有效地取得對應於由感測目標反射的脈衝光的脈衝信號。因此，本發明的飛時測距感測器可透過直接飛時測距運算或間接飛時測距運算來計算出感測目標的深度資訊，即飛時測距感測器與感測目標之間的距離。本發明的飛時測距感測器以及飛時測距方法可有效降低或消除背景雜訊的影響，以提升測距的精準度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:飛時測距感測器 110:信號處理電路 120:光發射器 130:光感測器 200:感測目標 211:時序控制電路 212:讀出電路 231:像素陣列 331、332:子像素重複單元 R、R’:紅色子像素單元 G、G’:綠色子像素單元 B、B’:藍色子像素單元 IR1、IR2:脈衝光感測單元 Sa、Sb、Sp、Sr:電壓信號 P、P’、P1、P1’、P2、P2’:脈衝信號 BN、BN’:背景雜訊信號 QA、QB:進光量 T:脈衝寬度 Trt:往返時間 S710~S730:步驟
圖1是依照本發明的一實施例的飛時測距感測器的方塊示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的光感測器的方塊示意圖。 圖3A是依照本發明的一實施例的第一子像素重複單元的示意圖。 圖3B是依照本發明的一實施例的第二子像素重複單元的示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例的多個信號波形的時序圖。 圖5是依照本發明的一實施例的脈衝信號的時序圖。 圖6是依照本發明的另一實施例的脈衝信號的時序圖。 圖7是依照本發明的一實施例的飛時測距方法的流程圖。
100:飛時測距感測器
110:信號處理電路
120:光發射器
130:光感測器
200:感測目標

Claims (10)

  1. 一種飛時測距感測器，包括： 一信號處理電路； 一光發射器，耦接該信號處理電路，並且用以發射具有一第一偏極化方向的一脈衝光至一感測目標；以及 一光感測器，耦接該信號處理電路，並且用以感測該感測目標反射的該脈衝光，以藉由一第一子像素重複單元輸出一第一感測信號以及藉由一第二子像素重複單元輸出一第二感測信號至該信號處理電路， 其中該第一子像素重複單元包括多個彩色子像素單元以及具有該第一偏極化方向的一第一脈衝光感測單元，並且該第二子像素重複單元包括另多個彩色子像素單元以及具有一第二偏極化方向的一第二脈衝光感測單元， 其中該信號處理電路依據該第一感測信號以及該第二感測信號來決定一脈衝信號，並且該信號處理電路依據該脈衝光以及該脈衝信號來決定該感測目標的一深度資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的飛時測距感測器，其中在一測距期間，該光感測器藉由該第一子像素重複單元的該第一脈衝光感測單元以及該第二子像素重複單元的該第二脈衝光感測單元來取得該第一感測信號以及該第二感測信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的飛時測距感測器，其中該信號處理電路執行一直接飛時測距運算，以依據該光發射器發射該脈衝光與該光感測器感測到該脈衝信號之間的一時間差來計算該感測目標的該深度資訊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的飛時測距感測器，其中該信號處理電路執行一間接飛時測距運算，以計算該脈衝光的一往返時間，並且依據該往返時間來計算該感測目標的該深度資訊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的飛時測距感測器，其中該第一感測信號包括該脈衝信號以及一第一背景雜訊信號，並且該第二感測信號包括一第二背景雜訊信號，其中該第一背景雜訊信號與該第二背景雜訊信號的信號強度相同，並且該第一背景雜訊信號與該第二背景雜訊信號的偏極化方向不同。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的飛時測距感測器，其中該信號處理電路對該第一感測信號以及該第二感測信號執行一信號強度相減運算，以取得該脈衝信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的飛時測距感測器，其中該些彩色像素單元以及另該些彩色像素單元各別包括一紅色子像素單元、一綠色子像素單元以及一藍色子像素單元。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的飛時測距感測器，其中該第一脈衝光感測單元以及該第二脈衝光感測單元分別為一紅外光子像素單元。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的飛時測距感測器，其中該第二偏極化方向垂直該第一偏極化方向。
  10. 一種飛時測距方法，包括： 藉由一光發射器發射具有一第一偏極化方向的一脈衝光至一感測目標； 藉由一光感測器感測該感測目標反射的該脈衝光，以藉由一第一子像素重複單元輸出一第一感測信號以及藉由一第二子像素重複單元輸出一第二感測信號；以及 藉由一信號處理電路依據該第一感測信號以及該第二感測信號來決定一脈衝信號，並且依據該脈衝光以及該脈衝信號來決定該感測目標的一深度資訊， 其中該第一子像素重複單元包括多個彩色子像素單元以及具有該第一偏極化方向的一第一脈衝光感測單元，並且該第二子像素重複單元包括另多個彩色子像素單元以及具有一第二偏極化方向的一第二脈衝光感測單元。
TW108127321A 2018-11-16 2019-08-01 飛時測距感測器以及飛時測距方法 TWI722519B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862768103P 2018-11-16 2018-11-16
US62/768,103 2018-11-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202020471A true TW202020471A (zh) 2020-06-01
TWI722519B TWI722519B (zh) 2021-03-21

Family

ID=70726475

Family Applications (5)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108118354A TWI696842B (zh) 2018-11-16 2019-05-28 飛時測距感測器以及飛時測距方法
TW108118712A TW202021335A (zh) 2018-11-16 2019-05-30 子畫素陣列以及影像感測器
TW108120007A TWI746990B (zh) 2018-11-16 2019-06-11 子畫素陣列以及影像感測器
TW108127321A TWI722519B (zh) 2018-11-16 2019-08-01 飛時測距感測器以及飛時測距方法
TW108127320A TW202020845A (zh) 2018-11-16 2019-08-01 像素陣列布局

Family Applications Before (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108118354A TWI696842B (zh) 2018-11-16 2019-05-28 飛時測距感測器以及飛時測距方法
TW108118712A TW202021335A (zh) 2018-11-16 2019-05-30 子畫素陣列以及影像感測器
TW108120007A TWI746990B (zh) 2018-11-16 2019-06-11 子畫素陣列以及影像感測器

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108127320A TW202020845A (zh) 2018-11-16 2019-08-01 像素陣列布局

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200158835A1 (zh)
CN (5) CN111198382B (zh)
TW (5) TWI696842B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111398979B (zh) * 2020-06-08 2020-10-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 基于飞行时间的测距方法和相关测距系统
CN111427052B (zh) * 2020-06-09 2020-11-27 深圳市汇顶科技股份有限公司 基于飞行时间的测距方法和相关测距系统
TWI759213B (zh) * 2020-07-10 2022-03-21 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 光感測器及其感測方法
TW202213978A (zh) * 2020-09-28 2022-04-01 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 影像感測裝置以及影像感測方法
TWI781458B (zh) * 2020-10-08 2022-10-21 大立光電股份有限公司 光學指紋辨識系統
CN113791421B (zh) * 2020-12-04 2024-04-09 神盾股份有限公司 飞时测距装置以及飞时测距方法
WO2024081230A1 (en) * 2022-10-11 2024-04-18 Zoox, Inc. Lidar background noise detection and compensation

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950019772A (ko) * 1993-12-29 1995-07-24 김주용 위상 변화를 이용한 광학식 거리 측정 장치 및 그 방법
US20060192949A1 (en) * 2004-12-19 2006-08-31 Bills Richard E System and method for inspecting a workpiece surface by analyzing scattered light in a back quartersphere region above the workpiece
KR100649034B1 (ko) * 2005-09-21 2006-11-27 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
KR100719361B1 (ko) * 2005-11-22 2007-05-17 삼성전자주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 형성 방법
CN100521219C (zh) * 2006-07-28 2009-07-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 单片集成的具有双焦微透镜阵列的cmos图像传感器
WO2009046268A1 (en) * 2007-10-04 2009-04-09 Magna Electronics Combined rgb and ir imaging sensor
JP5521312B2 (ja) * 2008-10-31 2014-06-11 ソニー株式会社 固体撮像装置及びその製造方法、並びに電子機器
CN101770030B (zh) * 2009-01-05 2013-03-27 亚洲光学股份有限公司 测距装置及其控制方法
JP5404112B2 (ja) * 2009-03-12 2014-01-29 キヤノン株式会社 固体撮像素子、その駆動方法及び撮像システム
US8823848B2 (en) * 2009-06-11 2014-09-02 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Microgrid imaging polarimeters with frequency domain reconstruction
TWI427273B (zh) * 2010-07-29 2014-02-21 Pixart Imaging Inc 可提高訊雜比之測距裝置及其方法
CN101865997B (zh) * 2010-05-26 2012-07-25 北京握奇数据系统有限公司 一种激光测距设备及方法
US8907929B2 (en) * 2010-06-29 2014-12-09 Qualcomm Incorporated Touchless sensing and gesture recognition using continuous wave ultrasound signals
JP5810551B2 (ja) * 2011-02-25 2015-11-11 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
US20130016583A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-17 Hai Huang Correcting Aliasing of Pulsed Wave Doppler of Diagnostic Ultrasound
WO2013044149A1 (en) * 2011-09-21 2013-03-28 Aptina Imaging Corporation Image sensors with multiple lenses of varying polarizations
US8642938B2 (en) * 2012-01-13 2014-02-04 Omnivision Technologies, Inc. Shared time of flight pixel
US9177983B2 (en) * 2012-01-23 2015-11-03 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with optical filters having alternating polarization for 3D imaging
KR102008233B1 (ko) * 2012-06-29 2019-08-07 삼성전자주식회사 거리 측정 장치 및 상기 거리 측정 장치를 이용한 거리 측정 방법
US9383753B1 (en) * 2012-09-26 2016-07-05 Google Inc. Wide-view LIDAR with areas of special attention
KR101977711B1 (ko) * 2012-10-12 2019-05-13 삼성전자주식회사 깊이 센서, 이의 이미지 캡쳐 방법, 및 상기 깊이 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템
CN108919294B (zh) * 2013-11-20 2022-06-14 新唐科技日本株式会社 测距摄像系统以及固体摄像元件
CN104241310B (zh) * 2014-09-23 2017-11-07 上海集成电路研发中心有限公司 一种具有双微透镜层的cmos图像像素阵列
TW201614817A (en) * 2014-10-03 2016-04-16 Powerchip Technology Corp Image sensor with deep well structure and fabrication method thereof
US9455291B2 (en) * 2015-01-20 2016-09-27 Omnivision Technologies, Inc. Blue enhanced image sensor
CN107534742B (zh) * 2015-07-09 2021-01-12 华为技术有限公司 成像方法、图像传感器以及成像设备
JP6698655B2 (ja) * 2015-07-22 2020-05-27 パナソニック株式会社 測距装置
JP2017059589A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 キヤノン株式会社 固体撮像素子及び撮像装置
WO2017054863A1 (en) * 2015-09-30 2017-04-06 Trimble Ab Geodetic instrument with improved dynamic range
WO2017073321A1 (ja) * 2015-10-26 2017-05-04 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
US9954022B2 (en) * 2015-10-27 2018-04-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Extra doped region for back-side deep trench isolation
WO2017089596A1 (en) * 2015-11-26 2017-06-01 Odos Imaging Ltd. Imaging system, distance measuring device, method for operating the imaging system and the distance measuring device
CN108369949B (zh) * 2015-12-07 2023-11-17 索尼半导体解决方案公司 固态成像元件、成像设备和用于制造固态成像元件的方法
CN108291961B (zh) * 2015-12-08 2022-06-28 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置、距离测定装置及距离测定方法
JP6764880B2 (ja) * 2015-12-11 2020-10-07 株式会社ニコン 偏光特性画像計測装置、偏光特性画像計測方法
US9778191B2 (en) * 2016-02-05 2017-10-03 Personal Genomics, Inc. Optical sensing module
CN108780142B (zh) * 2016-02-29 2023-10-31 恩耐股份有限公司 3d成像系统和方法
KR102007435B1 (ko) * 2016-08-02 2019-08-06 삼성디스플레이 주식회사 유기발광 표시모듈 및 이를 포함하는 유기발광 표시장치
US10557925B2 (en) * 2016-08-26 2020-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Time-of-flight (TOF) image sensor using amplitude modulation for range measurement
US10466036B2 (en) * 2016-10-07 2019-11-05 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Attachable depth and orientation tracker device and method of depth and orientation tracking using focal plane polarization and color camera
US11493614B2 (en) * 2016-11-01 2022-11-08 Fastree3D Sa Method and device for measuring a distance to a target in a multi-user environment using at least two wavelengths
US10884126B2 (en) * 2017-03-01 2021-01-05 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for LIDAR
CN110603458B (zh) * 2017-05-11 2024-03-22 索尼公司 光学传感器和电子设备
CN107632310A (zh) * 2017-09-12 2018-01-26 天津津航技术物理研究所 基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置与方法
US11127234B2 (en) * 2018-10-12 2021-09-21 Denso International America, Inc. Passive entry/passive start communication systems with selected antennas having multiple polarized axes

Also Published As

Publication number Publication date
CN111198382B (zh) 2022-07-12
TW202020479A (zh) 2020-06-01
US20200158835A1 (en) 2020-05-21
CN111199988B (zh) 2022-11-25
CN111199989B (zh) 2022-05-24
TW202020845A (zh) 2020-06-01
TWI722519B (zh) 2021-03-21
CN111199989A (zh) 2020-05-26
TW202021335A (zh) 2020-06-01
CN111208528A (zh) 2020-05-29
CN111200711A (zh) 2020-05-26
CN111208528B (zh) 2022-08-09
CN111198382A (zh) 2020-05-26
CN111199988A (zh) 2020-05-26
TWI696842B (zh) 2020-06-21
TW202021141A (zh) 2020-06-01
TWI746990B (zh) 2021-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI722519B (zh) 飛時測距感測器以及飛時測距方法
WO2021248892A1 (zh) 一种距离测量系统及测量方法
TWI518350B (zh) 飛航時間像化器及其測量物體深度映圖之方法
US8645099B2 (en) Depth sensor, depth estimation method using the same, and depth estimation device including the same
US8542348B2 (en) Color sensor insensitive to distance variations
WO2021109918A1 (zh) 脉冲测距装置和方法、以及具有该装置的自动清洁设备
WO2015128915A1 (ja) 測距装置及び測距方法
CN110389333A (zh) 第一光子相关飞行时间传感器
JP7042453B2 (ja) 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラム
TW202101024A (zh) 飛時測距裝置及飛時測距方法
KR102070135B1 (ko) 깊이 센서를 이용한 거리 계산 방법과 이를 수행할 수 있는 장치들
US20220196810A1 (en) Time of flight ranging system and ranging method thereof
US11255968B2 (en) Distance detection sensor and operating method thereof
TWI693421B (zh) 飛行時間測距裝置以及飛行時間測距方法
CN110986816B (zh) 一种深度测量系统及其测量方法
JPWO2021046547A5 (zh)
TWI703341B (zh) 飛行時間測距裝置以及飛行時間測距方法
CN113126104A (zh) 一种飞时偏光感测系统及其光发射器
US20200064447A1 (en) Method and device for optical distance measurement
CN110471048B (zh) 基于声呐三维图像置信度的自适应变尺度卷积核计算方法
TWI730540B (zh) 一種飛時偏光感測系統及其光發射器
WO2021077358A1 (zh) 测距方法、测距装置及计算机可读存储介质
US20210072380A1 (en) Distance measuring device, distance measuring system, distance measuring method, and program
CN112034471A (zh) 飞行时间测距装置以及飞行时间测距方法
CN116113844A (zh) 间接ToF传感器、堆叠式传感器芯片以及使用该传感器和芯片测量到物体的距离的方法