TWI714508B - 飛時測距裝置以及飛時測距方法 - Google Patents

飛時測距裝置以及飛時測距方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI714508B
TWI714508B TW109117023A TW109117023A TWI714508B TW I714508 B TWI714508 B TW I714508B TW 109117023 A TW109117023 A TW 109117023A TW 109117023 A TW109117023 A TW 109117023A TW I714508 B TWI714508 B TW I714508B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
time
sensing
light pulse
circuit
flight
Prior art date
Application number
TW109117023A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202101025A (zh
Inventor
印秉宏
王佳祥
Original Assignee
大陸商廣州印芯半導體技術有限公司
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 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 filed Critical 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司
Application granted granted Critical
Publication of TWI714508B publication Critical patent/TWI714508B/zh
Publication of TW202101025A publication Critical patent/TW202101025A/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
    • G01S17/02—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
    • 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
    • G01S7/4808—Evaluating distance, position or velocity data
    • 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
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01S17/14—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein a voltage or current pulse is initiated and terminated in accordance with the pulse transmission and echo reception respectively, e.g. using counters
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)

Abstract

本發明提出一種飛時測距裝置以及飛時測距方法。處理電路驅動發光模組發射第一光脈衝至感測目標，並且感測單元接收並積分感測目標的第一反射光脈衝，以使處理電路經由讀出電路讀出感測目標的影像參數。處理電路驅動發光模組發射第二光脈衝至感測目標，並且感測單元接收感測目標的第二反射光脈衝，以使處理電路依據讀出電路讀出感測單元的第二反射光脈衝的時間，來取得感測目標與飛時測距裝置之間的距離參數。處理電路依據影像參數以及查找表取得感測目標的反射率，並且依據反射率校正距離參數以取得感測目標的經校正的距離參數。

Description

飛時測距裝置以及飛時測距方法
本發明是有關於一種感測技術，且特別是有關於一種飛時測距裝置以及飛時測距方法。
飛時測距(Time-of-Flight，ToF)電路的讀出電路中，例如類比至數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)電路，通常會藉由比較器來讀出畫素所感測到的反射光脈衝而提供的脈衝信號。對此，由於比較器的反向輸入端以及非反相輸入端之間的過驅電壓(overdrive)大小隨著輸入的脈衝信號的脈衝強度改變，而會產生不同的比較器延遲(comparator delay)。因此，導致畫素所提供的脈衝信號在輸入至比較器時，比較器所輸出用於計算時間差的輸出信號會隨著脈衝信號的脈衝強度而產生不同程度的延遲。然而，物體表面的反射率會影響反射光脈衝的光強度，進而影響畫素所提供的脈衝信號的脈衝強度。舉例而言，若脈衝信號越強(反射率越高)，則比較器延遲越短。反之，若脈衝信號越弱(反射率越低)，則比較器延遲越長。換言之，一般應用於短距離的飛時測距電路的測距結果較容易受到感測目標的物體表面的反射率影響，而產生不同的比較器延遲，因此導致測距結果不精確。有鑑於此，以下將提出幾個實施例的解決方案。
本發明提供一種飛時測距裝置以及飛時測距方法，可提供精準的飛時測距功能。
本發明的飛時測距裝置包括處理電路、發光模組、讀出電路以及感測單元。發光模組耦接處理電路。讀出電路耦接處理電路。感測單元耦接讀出電路。在第一感測操作中，處理電路驅動發光模組發射第一光脈衝至感測目標，並且感測單元接收並積分感測目標的第一反射光脈衝，以使處理電路經由讀出電路讀出感測目標的影像參數。在第二感測操作中，處理電路驅動發光模組發射第二光脈衝至感測目標，並且感測單元接收感測目標的第二反射光脈衝，以使處理電路依據讀出電路讀出感測單元的第二反射光脈衝的時間，來取得感測目標與飛時測距裝置之間的距離參數。處理電路依據影像參數以及查找表取得感測目標的反射率，並且依據反射率校正距離參數以取得感測目標的經校正的距離參數。
本發明的飛時測距方法包括以下步驟：在第一感測操作中，驅動發光模組發射第一光脈衝至感測目標，並且藉由感測單元接收並積分感測目標的第一反射光脈衝，以經由讀出電路讀出感測目標的影像參數；在第二感測操作中，驅動發光模組發射第二光脈衝至感測目標，並且藉由感測單元接收感測目標的第二反射光脈衝，以依據讀出電路讀出感測單元的第二反射光脈衝的時間，來取得感測目標與飛時測距裝置之間的距離參數；依據影像參數以及查找表取得感測目標的反射率參數；以及依據反射率參數校正距離參數以取得感測目標的經校正的距離參數。
基於上述，本發明的飛時測距裝置以及飛時測距方法，可藉由取得感測目標的反射率來校正飛時測距所感測到的感測目標的距離參數，以有效增加飛時測距的精準度。
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裝置的方塊示意圖。參考圖1，飛時測距裝置100包括處理電路110、發光模組120、感測單元130、讀出電路140以及記憶體150。處理電路110耦接發光模組120、讀出電路140以及記憶體150。感測單元130耦接讀出電路140。在本實施例中，飛時測距裝置100可藉由發光模組120發射光脈衝(light pulse)至感測目標200，並且可藉由感測單元130接收感測目標200反射的反射光脈衝。飛時測距裝置100的處理電路110可依據發光模組120發射光脈衝與感測單元130接收感測目標200反射的反射光脈衝之間的時間差來計算出感測目標200與飛時測距裝置100之間的距離參數。並且，本實施例的飛時測距裝置100可針對感測目標200的表面的反射率來校正前述推算出的距離參數，以提供精準的測距效果。
在本實施例中，處理電路110可例如是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)、其他類似處理裝置或這些裝置的組合。處理電路110可用於產生驅動信號、進行信號處理以及執行相關運算功能。此外，記憶體150可用於預先儲存有本發明各實施例所述的查找表(Look-up table)，並且供處理電路110讀取之。
在本實施例中，發光模組120可包括一個或多個雷射光源，並且所述一個或多個雷射光源可例如是脈衝光發射器或雷射二極體(Laser diode)，其中雷射光源120可例如用以發射紅外光(Infrared Radiation，IR)的光脈衝至感測目標200。在本實施例中，感測單元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)。在本實施例中，感測單元130可包括陣列排列的多個畫素或多個畫素群組，並且所述多個畫素可各別包括用於接收或感測感測目標200所反射的紅外光的反射光脈衝的光電二極體(Photodiode)。
具體而言，在第一感測操作中，處理電路110可驅動發光模組120發射第一光脈衝至感測目標200。感測單元130可接收並積分感測目標200的第一反射光脈衝，以使處理電路110可經由讀出電路140讀出感測目標200的影像參數。在第二感測操作中，處理電路110可驅動發光模組120發射第二光脈衝至感測目標200。值得注意的是，第一光脈衝以及第二光脈衝可以具有相同的脈衝強度。感測單元130接收感測目標200的第二反射光脈衝，以使處理電路110依據讀出電路140讀出感測單元130的第二反射光脈衝的時間，來取得感測目標200與飛時測距裝置100之間的距離參數。在本實施例中，處理電路110可依據影像參數來查找查找表，以取得感測目標200的反射率，並且依據反射率校正距離參數以取得感測目標200的經校正的距離參數。
值得注意的是，所述影像參數是指感測單元130經由接收並積分(曝光)第一反射光脈衝而產生的影像信號，其影像信號可例如是以亮度值(或像素值、灰階值)來表示其強弱。換言之，由於感測目標200的物體表面的反射率會影響感測目標200所反射的反射光脈衝的脈衝強度，因此本實施例的影像參數(畫素值)可對應於感測目標200的物體表面的反射率。對此，飛時測距裝置100的記憶體150可預先儲存有前述的查找表。使用者可預先使用具有特定的脈衝強度的入射光脈衝來入射至已知具有不同反射率的物體表面，然後感測物體表面反射的反射光脈衝的脈衝強度，以建立前述的查找表。換言之，處理電路110可讀取記憶體150所儲存的前述的查找表，以依據已知的第一光脈衝的脈衝強度以及影像參數來查找出對應的物體表面的反射率。接著，處理電路110可依據反射率的大小來推算並且校正存在距離參數當中因為物體表面的反射率而造成的比較器延遲的影響。
圖2是依照本發明的一實施例的感測單元以及讀出電路的電路示意圖。參考圖2，圖1的感測單元130的畫素陣列可包括如圖2的第一畫素電路131以及第二畫素電路132，並且圖1的讀出電路140可包括如圖2的比較器141以及斜坡產生器(Ramp generator)142。在本實施例中，比較器141的第一輸入端Vin1耦接第一畫素電路131，並且比較器141的第二輸入端Vin2耦接第二畫素電路132。第一畫素電路131包括光電二極體P1、開關tx1、sr1、電容器C11、C12。光電二極體P1的第一端耦接第一參考電壓Vf1，並且光電二極體P1的第二端耦接開關tx1的第一端。開關tx1的第二端耦接比較器141的第一輸入端Vin1、電容器C11的第一端、電容器C12的第一端以及開關sr1的第一端。開關sr1的第二端耦接第二參考電壓Vf2。電容器C11的第二端耦接第一參考電壓Vf1。電容器C12的第二端耦接斜坡產生器142。
在本實施例中，第二畫素電路132包括光電二極體P2、開關tx2、sr2、電容器C21、C22。光電二極體P2的第一端耦接第一參考電壓Vf1，並且光電二極體P2的第二端耦接開關tx2的第一端。開關tx2的第二端耦接比較器141的第二輸入端Vin2、電容器C21的第一端、電容器C22的第一端以及開關sr2的第一端。開關sr2的第二端耦接第二參考電壓Vf2。電容器C21的第二端耦接第一參考電壓Vf2。電容器C22的第二端耦接斜坡產生器142。比較器141的輸出端Vo可耦接圖1的處理電路110。
圖3是依照本發明的圖2實施例的第一感測操作的信號以及時序圖。參考圖1至圖3，當飛時測距裝置100進行第一感測操作時，處理電路110驅動發光模組120發射第一光脈衝LP1至感測目標200，並且第一畫素電路131用以在第一感測操作中接收並積分感測目標200的第一反射光脈衝RLP1。詳細而言，第二畫素電路132的開關sr2在時間t31導通(短暫開啟後關閉)，以使比較器141的第二輸入端Vin2可維持在第二參考電壓Vf2，但本發明並不限於此。在時間t31，開關tx1、sr1導通(短暫開啟後關閉)，以重置光電二極體P1。在時間t32，發光模組120發射第一光脈衝LP1，並且光電二極體P1開始進行如時序INTG的影像積分期間(時間t32至時間t34)，以將電荷儲存在電容器C11。在時間t33，光電二極體P1接收到第一反射光脈衝RLP1。
在時間t34，開關sr1導通，以重置比較器141的第一輸入端Vin1的電位為第二參考電壓Vf2。接著，斜坡產生器142提供具有第一波形ra的第一斜坡信號ramp1至比較器141的第一輸入端Vin1，以使比較器141在時間t34_1轉態以經由輸出端Vo輸出像素重置值，另外比較器141在t34_2轉態回復低準位。在時間t35，開關tx1導通，以將電容器C11所儲存的電荷釋放至比較器141的第一輸入端Vin1，以使比較器141的第一輸入端Vin1的電壓下降。接著，在時間t36，斜坡產生器142提供具有第二波形rb的第一斜坡信號ramp1至比較器141的第一輸入端Vin1，以使第一輸入端Vin1的電壓緩升，並且比較器141在時間t37轉態以經由輸出端Vo輸出像素信號值，另外比較器141在時間t38轉態回復低準位。換言之，當飛時測距裝置100進行第一感測操作時，比較器141的第一輸入端Vin1的電壓在時間t36至時間t37為緩慢上升(相較於接收脈衝信號)，因此其比較器延遲可以忽略或可視為常數，而不影響比較器141的輸出端Vo所輸出像素信號值。並且，更重要的是，處理電路110可基於雙重三角採樣(Double Delta Sampling)，來減少雜訊，以讀出真實的亮度值(real digital number (DN) value)。此外，對於整體畫素陣列而言，感測單元130的畫素陣列可在第一感測操作取得一張二維影像。
接著，處理電路110可接著依據所述亮度值來查找儲存在記憶體150中的查找表，以得到對應的感測目標200的物體表面的反射率。然而，本發明的第一感測操作不限於圖3的信號以及時序關係。在一實施例中，第一畫素電路131以及第二畫素電路132亦可搭配以差動信號的形式來輸入至比較器141的第一輸入端Vin1以及第二輸入端Vin2，以產生其上述真實的亮度值。因此，斜坡產生器142還可提供第二斜坡信號至比較器141的第二輸入端Vin2，並且第一斜坡信號ramp1與所述第二斜坡信號為反相。
圖4是依照本發明的圖2實施例的第二感測操作的信號以及時序圖。參考圖1至圖4，當飛時測距裝置100進行第二感測操作時，處理電路110驅動發光模組120發射第二光脈衝LP2至感測目標200，並且第一畫素電路131用以在第二感測操作中接收感測目標200所反射的第二反射光脈衝RLP2。值得注意的是，第一光脈衝LP1以及第二光脈衝LP2可以具有相同的脈衝強度。詳細而言，第二畫素電路132的開關sr2在時間t41導通(短暫開啟後關閉)，以使比較器141的第二輸入端Vin2可維持在第二參考電壓Vf2，但本發明並不限於此。在時間t41，開關sr1導通(短暫開啟後關閉)，並且開關tx1為持續性的導通。在時間t42，發光模組120發射第二光脈衝LP2，並且光電二極體P1開始感測。在時間t43，光電二極體P1接收到第二反射光脈衝RLP2。並且，在時間t44，比較器141經由輸出端Vo輸出反應於第二反射光脈衝RLP2的脈衝信號至處理電路110。值得注意的是，由於比較器141可能具有比較器延遲的效應，因此比較器141的輸出端Vo不能在時間t43立即輸出反應於第二反射光脈衝RLP2的脈衝信號。
在本實施例中，處理電路110可依據發光模組120發射的第二光脈衝LP2以及比較器141的輸出端Vo輸出反應於第二反射光脈衝RLP2的脈衝信號之間的時間差來計算出感測目標200與飛時測距裝置100之間的距離參數。換言之，處理電路110可以直接飛時測距(Direct ToF，D-ToF)的方式來取得距離參數。此外，對於整體畫素陣列而言，感測單元130的畫素陣列可在第二感測操作取得一張深度影像。
在本實施例中，處理電路110可接著依據在上述圖3實施例的第一感測操作中所處理電路110所取得的真實的亮度值(影像參數)來查找儲存在記憶體150中的查找表，以進一步取得感測目標200的物體表面的反射率。因此，處理電路110可依據反射率來校正距離參數，以取得感測目標200的經校正的距離參數。然而，本發明的第二感測操作不限於圖4的信號以及時序關係。在一實施例中，第二畫素電路132亦可用於測距操作。
圖5是依照本發明的一實施例的畫素群組的示意圖。參考圖1以及圖5，感測單元130的畫素陣列可由多個畫素群組陣列排列所組成，並且所述多個畫素群組可各別如圖5所示的畫素群組500，其中畫素群組500包括畫素510~540。畫素510~540可各別包括如上述圖2所示的第一畫素電路131，或兩兩組成如上述圖2所示的第一畫素電路131以及第二畫素電路132的差動架構。並且，在一實施例中，畫素510~540可各別用於在不同時間進行如上述圖3實施例所述的第一感測操作以及如上述圖4實施例所述的第二感測操作。換言之，感測單元130可藉由畫素陣列中的多個光電二極體分時進行第一感測操作以及第二感測操作。
然而，在另一實施例中，畫素510、520可用於進行如上述圖3實施例所述的第一感測操作，並且畫素530、540可用於進行如上述圖4實施例所述的第二感測操作。對此，發光模組120可同時發射第一光脈衝以及第二光脈衝至感測目標200，以使畫素510~540可同時進行第一感測操作以及第二感測操作。換言之，感測單元130可藉由畫素陣列中的不同光電二極體同時進行第一感測操作以及第二感測操作。又或者，由於第一光脈衝以及第二光脈衝可以具有相同的脈衝強度，因此在又一實施例中，第一光脈衝與第二光脈衝亦可為同一光脈衝。
圖6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6，本實施例的飛時測距方法可至少適用於圖1實施例的飛時測距裝置100。在步驟S610中，在第一感測操作中，處理電路110驅動發光模組120發射第一光脈衝至感測目標200，並且藉由感測單元130接收並積分感測目標200的第一反射光脈衝，以經由讀出電路140讀出感測目標200的影像參數。在步驟S620中，在第二感測操作中，處理電路110驅動發光模組120發射第二光脈衝至感測目標200，並且藉由感測單元130接收感測目標200的第二反射光脈衝，以依據讀出電路140讀出感測單元130的第二反射光脈衝的時間，來取得感測目標200與飛時測距裝置100之間的距離參數。在步驟S630中，處理電路110依據影像參數以及儲存在記憶體150中的查找表取得感測目標200的反射率。在步驟S640中，處理電路110依據反射率校正距離參數以取得感測目標200的經校正的距離參數。因此，本實施例的飛時測距方法可使飛時測距裝置100可依據反射率的大小來推算並且校正存在距離參數當中因為物體表面的反射率而造成的比較器延遲的影響，以使飛時測距裝置100取得精確的距離參數。
另外，關於本實施例的飛時測距裝置100的其他裝置特徵以及實施細節可進一步參考上述圖1至圖5實施例的說明而可獲致足夠的教示、建議以及實施說明，因此在此不再贅述。
綜上所述，本發明的飛時測距裝置以及飛時測距方法，可藉由進行第一感測操作來取得用於校正的影像參數，並且可藉由進行第二感測操作來取得距離參數。因此，本發明的飛時測距裝置以及飛時測距方法可搭配預先建立的查找表來依據影像參數取得對應的反射率，並且依據反射率來校正距離參數，以使有效地消除或降低因感測目標的物體表面的反射率差異及比較器延遲校應的影響，而可取得精確的飛時測距結果。
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:飛時測距裝置 110:處理電路 120:發光模組 130:感測單元 140:讀出電路 150:記憶體 131:第一畫素電路 132:第二畫素電路 141:比較器 142:斜坡產生器 200:感測目標 500:畫素群組 510~540:畫素 C11、C12、C21、C22:電容器 P1、P2:光電二極體 tx1、tx2、sr1、sr2:開關 Vin1:第一輸入端 Vin2:第二輸入端 Vf1：第一參考電壓 Vf2：第二參考電壓 Vo:輸出端 LP1:第一光脈衝 LP2:第一反射光脈衝 RLP1:第二光脈衝 RLP2:第二反射光脈衝 INTG:時序 ramp1:第一斜坡信號 t31、t32、t33、t34、t34_1、t34_2、t35、t36、t37、t38、t41、t42、t43、t44:時間 S610~S640:步驟
圖1是依照本發明的一實施例的飛時測距裝置的方塊示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的感測單元以及讀出電路的電路示意圖。 圖3是依照本發明的圖2實施例的第一感測操作的信號以及時序圖。 圖4是依照本發明的圖2實施例的第二感測操作的信號以及時序圖。 圖5是依照本發明的一實施例的畫素群組的示意圖。 圖6是依照本發明的一實施例的飛時測距方法的流程圖。
100:飛時測距裝置
110:處理電路
120:發光模組
130:感測單元
140:讀出電路
150:記憶體
200:感測目標

Claims (18)

  1. 一種飛時測距裝置，包括： 一處理電路； 一發光模組，耦接該處理電路； 一讀出電路，耦接該處理電路；以及 一感測單元，耦接該讀出電路， 其中在一第一感測操作中，該處理電路驅動該發光模組發射一第一光脈衝至一感測目標，並且該感測單元接收並積分該感測目標的一第一反射光脈衝，以使該處理電路經由該讀出電路讀出該感測目標的一影像參數， 其中在一第二感測操作中，該處理電路驅動該發光模組發射一第二光脈衝至該感測目標，並且該感測單元接收該感測目標的一第二反射光脈衝，以使該處理電路依據該讀出電路讀出該感測單元的該第二反射光脈衝的時間，來取得該感測目標與該飛時測距裝置之間的一距離參數， 其中該處理電路依據該影像參數來查找一查找表，以取得該感測目標的一反射率，並且依據該反射率校正該距離參數以取得該感測目標的一經校正的距離參數。
  2. 如請求項1所述的飛時測距裝置，其中該第一光脈衝以及該第二光脈衝具有相同的脈衝強度。
  3. 如請求項1所述的飛時測距裝置，其中該處理電路計算該發光模組發射該第二光脈衝與該讀出電路讀出該感測單元的該第二反射光脈衝之間的時間差，以取得該感測目標與該飛時測距裝置的該距離參數。
  4. 如請求項1所述的飛時測距裝置，其中該讀出電路包括： 一比較器，包括一第一輸入端以及一輸出端，其中該比較器電路的該輸出端耦接該處理電路；以及 一斜坡產生器，耦接該比較器的該第一輸入端，並且用以在該第一感測操作中提供一第一斜坡信號至該比較器的該第一輸入端。
  5. 如請求項4所述的飛時測距裝置，其中該比較器更包括一第二輸入端，並且該比較器的該第二輸入端耦接一參考電壓。
  6. 如請求項5所述的飛時測距裝置，其中該感測單元包括一第一畫素電路以及一第二畫素電路，該第一畫素電路耦接該比較器的該第一輸入端，該第二畫素電路耦接該比較器的該第二輸入端，並且該參考電壓來自該第二畫素電路。
  7. 如請求項5所述的飛時測距裝置，其中該斜坡產生器耦接該比較器的該第二輸入端，並且用以在該第一感測操作中提供一第二斜坡信號至該比較器的該第二輸入端，其中該第一斜坡信號與該第二斜坡信號為反相。
  8. 如請求項1所述的飛時測距裝置，其中該感測單元藉由一畫素陣列中的多個光電二極體分時進行該第一感測操作以及該第二感測操作。
  9. 如請求項1所述的飛時測距裝置，其中該感測單元藉由一畫素陣列中的不同光電二極體同時進行該第一感測操作以及該第二感測操作。
  10. 如請求項9所述的飛時測距裝置，其中該第一光脈衝與該第二光脈衝為同一光脈衝。
  11. 如請求項9所述的飛時測距裝置，其中該感測單元的該畫素陣列包括多個畫素群組，並且該些畫素群組各別包括兩個第一畫素電路以及兩個第二畫素電路。
  12. 一種飛時測距方法，包括： 在一第一感測操作中，驅動一發光模組發射一第一光脈衝至一感測目標，並且藉由一感測單元接收並積分該感測目標的一第一反射光脈衝，以經由一讀出電路讀出該感測目標的一影像參數； 在一第二感測操作中，驅動該發光模組發射一第二光脈衝至該感測目標，並且藉由該感測單元接收該感測目標的一第二反射光脈衝，以依據該讀出電路讀出該感測單元的該第二反射光脈衝的時間，來取得該感測目標與該飛時測距裝置之間的一距離參數； 依據該影像參數以及一查找表取得該感測目標的一反射率參數；以及 依據該反射率參數校正該距離參數以取得該感測目標的一經校正的距離參數。
  13. 如請求項12所述的飛時測距方法，其中該第一光脈衝以及該第二光脈衝具有相同的脈衝強度。
  14. 如請求項12所述的飛時測距方法，其中取得該感測目標與該飛時測距裝置的該距離參數的步驟包括： 計算該發光模組發射該第二光脈衝與該讀出電路讀出該感測單元的該第二反射光脈衝之間的時間差，以取得該感測目標與該飛時測距裝置的該距離參數。
  15. 如請求項12所述的飛時測距方法，其中該感測單元的一畫素陣列包括一第一畫素電路以及一第二畫素電路，其中該第一畫素電路用以在該第一感測操作中接收並積分該感測目標的該第一反射光脈衝，並且該第二畫素電路用以在該第二感測操作中接收該感測目標的該第二反射光脈衝。
  16. 如請求項12所述的飛時測距方法，其中該第一感測操作以及該第二感測操作藉由該感測單元的一畫素陣列中的多個光電二極體分時進行。
  17. 如請求項12所述的飛時測距方法，其中該第一感測操作以及該第二感測操作藉由該感測單元的一畫素陣列中的不同光電二極體同時進行。
  18. 如請求項17所述的飛時測距方法，其中該第一光脈衝與該第二光脈衝為同一光脈衝。
TW109117023A 2019-06-21 2020-05-22 飛時測距裝置以及飛時測距方法 TWI714508B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962864516P 2019-06-21 2019-06-21
US62/864,516 2019-06-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI714508B true TWI714508B (zh) 2020-12-21
TW202101025A TW202101025A (zh) 2021-01-01

Family

ID=73798875

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109116475A TWI748460B (zh) 2019-06-21 2020-05-19 飛時測距裝置及飛時測距方法
TW109117023A TWI714508B (zh) 2019-06-21 2020-05-22 飛時測距裝置以及飛時測距方法
TW109118889A TWI775092B (zh) 2019-06-21 2020-06-05 飛時測距裝置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109116475A TWI748460B (zh) 2019-06-21 2020-05-19 飛時測距裝置及飛時測距方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109118889A TWI775092B (zh) 2019-06-21 2020-06-05 飛時測距裝置

Country Status (3)

Country Link
US (3) US20200400796A1 (zh)
CN (3) CN112114322A (zh)
TW (3) TWI748460B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020191505A (ja) * 2019-05-20 2020-11-26 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像装置の制御方法
US11536836B2 (en) * 2019-09-27 2022-12-27 Sensors Unlimited, Inc. Time-of-flight independent of object reflectivity
CN113985425A (zh) * 2020-07-10 2022-01-28 广州印芯半导体技术有限公司 测距装置以及测距方法
TWI812493B (zh) * 2022-09-28 2023-08-11 勝薪科技股份有限公司 測距裝置及其測距方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201312144A (zh) * 2011-07-15 2013-03-16 Softkinetic Sensors Nv 用於提供距離資訊的方法及飛行時間相機
TW201527784A (zh) * 2013-12-11 2015-07-16 Mesa Imaging Ag 利用光脈衝壓縮的以飛行時間為基礎之系統
CN105723238A (zh) * 2013-10-17 2016-06-29 微软技术许可有限责任公司 概率飞行时间成像
US10062201B2 (en) * 2015-04-21 2018-08-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Time-of-flight simulation of multipath light phenomena
TW201835603A (zh) * 2017-03-01 2018-10-01 美商奧斯特公司 用於光達之準確光偵測器量測
CN109313264A (zh) * 2018-08-31 2019-02-05 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测距系统

Family Cites Families (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06230133A (ja) * 1993-02-03 1994-08-19 Nissan Motor Co Ltd 車両用物体検出装置
US6452666B1 (en) * 1998-10-29 2002-09-17 Photobit Corporation Optical range finder
US6522395B1 (en) * 1999-04-30 2003-02-18 Canesta, Inc. Noise reduction techniques suitable for three-dimensional information acquirable with CMOS-compatible image sensor ICS
CA2425250A1 (en) * 2003-04-11 2004-10-11 Quinton Lyon Time-base generator with self-compensating control loop
US7379100B2 (en) * 2004-02-12 2008-05-27 Canesta, Inc. Method and system to increase dynamic range of time-of-flight (TOF) and/or imaging sensors
JP2007121116A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Sharp Corp 光学式測距装置
DE102006029025A1 (de) * 2006-06-14 2007-12-27 Iris-Gmbh Infrared & Intelligent Sensors Vorrichtung und Verfahren zur Abstandsbestimmung
CN101216562A (zh) * 2007-01-05 2008-07-09 薛志强 激光测距系统
KR101668869B1 (ko) * 2009-05-29 2016-10-28 삼성전자주식회사 거리 센서, 3차원 이미지 센서 및 그 거리 산출 방법
TWI407081B (zh) * 2009-09-23 2013-09-01 Pixart Imaging Inc 利用成像位置差異以測距之測距裝置及其校正方法
TWI443308B (zh) * 2009-12-03 2014-07-01 Pixart Imaging Inc 測距裝置、３ｄ影像感測裝置以及光學式觸控系統
CN102576971A (zh) * 2009-10-02 2012-07-11 Imra美国公司 锁模激光器的光信号处理
CN102072718B (zh) * 2009-11-25 2013-08-28 原相科技股份有限公司 利用成像位置差异以测距的测距装置及其校正方法
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
US8638425B2 (en) * 2009-12-03 2014-01-28 Pixart Imaging Inc. Distance-measuring device with increased signal-to-noise ratio and method thereof
JP2011169701A (ja) * 2010-02-17 2011-09-01 Sanyo Electric Co Ltd 物体検出装置および情報取得装置
US9083889B2 (en) * 2010-02-28 2015-07-14 Himax Imaging, Inc. Signal processing circuit capable of selectively adjusting gain factor of sample-and-hold circuit and signal processing method thereof
CN102235860B (zh) * 2010-04-20 2014-09-03 原相科技股份有限公司 测距装置、立体影像感测装置以及光学式触控系统
CN102384737B (zh) * 2010-09-01 2014-06-18 原相科技股份有限公司 可提高信噪比的测距装置及其方法
CN102479002B (zh) * 2010-11-30 2014-12-10 原相科技股份有限公司 光学触控系统及其感测方法
US8730330B2 (en) * 2011-07-25 2014-05-20 Aptina Imaging Corporation Image sensors with dark pixels for real-time verification of imaging systems
CN102707290A (zh) * 2012-05-02 2012-10-03 中山市柏棱光电有限公司 一种激光测距的方法
US9354051B2 (en) * 2012-09-13 2016-05-31 Laser Technology, Inc. System and method for a rangefinding instrument incorporating pulse and continuous wave signal generating and processing techniques for increased distance measurement accuracy
US9019480B2 (en) * 2013-02-26 2015-04-28 Jds Uniphase Corporation Time-of-flight (TOF) system, sensor pixel, and method
US9204143B2 (en) * 2013-03-15 2015-12-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor, operation method thereof, and system including the same
US9658336B2 (en) * 2014-08-20 2017-05-23 Omnivision Technologies, Inc. Programmable current source for a time of flight 3D image sensor
US9437633B2 (en) * 2014-11-06 2016-09-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Depth sensing pixel, composite pixel image sensor and method of making the composite pixel image sensor
US10048357B2 (en) * 2015-06-15 2018-08-14 Microsoft Technology Licensing, Llc Time-of-flight (TOF) system calibration
CN112969030B (zh) * 2015-06-17 2023-04-28 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
JP6532325B2 (ja) * 2015-07-09 2019-06-19 キヤノン株式会社 被計測物の形状を計測する計測装置
FR3039928B1 (fr) * 2015-08-03 2019-06-07 Teledyne E2V Semiconductors Sas Procede de commande d'un capteur d'image a pixels actifs
US10014333B2 (en) * 2015-08-26 2018-07-03 Semiconductor Components Industries, Llc Back-side illuminated pixels with interconnect layers
CN107923737B (zh) * 2015-12-13 2019-12-17 富通尼奥有限责任公司 用于超像素调制和环境光抑制的方法和设备
WO2017112416A1 (en) * 2015-12-20 2017-06-29 Apple Inc. Light detection and ranging sensor
EP3414599B1 (en) * 2016-02-08 2019-12-18 Denso Corporation Time-of-flight distance measuring device and method for detecting multipath error
US10754015B2 (en) * 2016-02-18 2020-08-25 Aeye, Inc. Adaptive ladar receiver
JP2017150893A (ja) * 2016-02-23 2017-08-31 ソニー株式会社 測距モジュール、測距システム、および、測距モジュールの制御方法
US9967539B2 (en) * 2016-06-03 2018-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Timestamp error correction with double readout for the 3D camera with epipolar line laser point scanning
US10594920B2 (en) * 2016-06-15 2020-03-17 Stmicroelectronics, Inc. Glass detection with time of flight sensor
JP6673084B2 (ja) * 2016-08-01 2020-03-25 株式会社デンソー 光飛行型測距装置
CN106066475B (zh) * 2016-08-16 2018-10-26 深圳市佶达德科技有限公司 一种三维激光雷达测距系统
US10762651B2 (en) * 2016-09-30 2020-09-01 Magic Leap, Inc. Real time calibration for time-of-flight depth measurement
US10291895B2 (en) * 2016-10-25 2019-05-14 Omnivision Technologies, Inc. Time of flight photosensor
JP6541119B2 (ja) * 2016-12-05 2019-07-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
CN110036632B (zh) * 2016-12-08 2021-07-09 新唐科技日本株式会社 固体摄像装置以及使用该固体摄像装置的摄像装置
EP3392675B1 (en) * 2017-04-21 2021-03-10 Melexis Technologies NV Active pixel circuit for a time-of-flight system and method for operating the same
US10873740B2 (en) * 2017-04-28 2020-12-22 Sharp Kabushiki Kaisha Three-dimensional image sensor, optical radar apparatus, and processing apparatus
DE102017207317B4 (de) * 2017-05-02 2022-03-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur Ermittlung eines Abstands zu einem Objekt sowie entsprechendes Verfahren
TW201915818A (zh) * 2017-10-05 2019-04-16 香港商印芯科技股份有限公司 光學識別模組
DE112018005610T5 (de) * 2017-10-18 2020-07-02 Sony Semiconductor Solutions Corporation Identifikationseinrichtung und elektronische einrichtung
TWI661211B (zh) * 2017-12-08 2019-06-01 財團法人工業技術研究院 距離感測裝置及其方法
CN208477552U (zh) * 2018-04-01 2019-02-05 印芯科技股份有限公司 光学识别模块
TWI801572B (zh) * 2018-07-24 2023-05-11 南韓商三星電子股份有限公司 影像感測器、成像單元及生成灰階影像的方法
US11294039B2 (en) * 2018-07-24 2022-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Time-resolving image sensor for range measurement and 2D greyscale imaging
CN109116302B (zh) * 2018-08-29 2024-05-31 四川中电昆辰科技有限公司 一种到达时刻检测方法、装置及定位装置
CN109633670A (zh) * 2018-10-25 2019-04-16 上海无线电设备研究所 一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法
EP3881098A4 (en) * 2019-01-04 2022-08-31 Sense Photonics, Inc. HIGH DYNAMIC RANGE DIRECT TIME OF FLIGHT SENSOR WITH EFFECTIVE SIGNAL DEPENDENT READ RATE
US11555899B2 (en) * 2019-02-19 2023-01-17 Infineon Technologies Ag Random hardware fault and degradation protection apparatus for time-of-flight receiver
US11448738B2 (en) * 2019-02-23 2022-09-20 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Light detection and ranging signal correction methods and systems
CN114942453A (zh) * 2019-03-08 2022-08-26 欧司朗股份有限公司 Lidar传感器系统、用于该系统的光学部件、传感器和方法
DE102021100503A1 (de) * 2020-01-21 2021-07-22 Semiconductor Components Industries, Llc System mit spad-basierter halbleitervorrichtung mit dunklen pixeln zur überwachung von sensorparametern

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201312144A (zh) * 2011-07-15 2013-03-16 Softkinetic Sensors Nv 用於提供距離資訊的方法及飛行時間相機
CN105723238A (zh) * 2013-10-17 2016-06-29 微软技术许可有限责任公司 概率飞行时间成像
EP3058389B1 (en) * 2013-10-17 2017-11-22 Microsoft Technology Licensing, LLC Probabilistic time of flight imaging
TW201527784A (zh) * 2013-12-11 2015-07-16 Mesa Imaging Ag 利用光脈衝壓縮的以飛行時間為基礎之系統
US10062201B2 (en) * 2015-04-21 2018-08-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Time-of-flight simulation of multipath light phenomena
TW201835603A (zh) * 2017-03-01 2018-10-01 美商奧斯特公司 用於光達之準確光偵測器量測
CN109313264A (zh) * 2018-08-31 2019-02-05 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测距系统

Also Published As

Publication number Publication date
TW202101025A (zh) 2021-01-01
TWI748460B (zh) 2021-12-01
US11525902B2 (en) 2022-12-13
CN112114322A (zh) 2020-12-22
US20200400796A1 (en) 2020-12-24
CN112114323A (zh) 2020-12-22
CN112114328A (zh) 2020-12-22
CN112114328B (zh) 2024-06-11
TW202101024A (zh) 2021-01-01
TWI775092B (zh) 2022-08-21
US20200400793A1 (en) 2020-12-24
TW202101026A (zh) 2021-01-01
US11474217B2 (en) 2022-10-18
US20200400819A1 (en) 2020-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI714508B (zh) 飛時測距裝置以及飛時測距方法
JP6633197B2 (ja) 光検出装置、及び電子機器
CN109521435B (zh) 距离计测装置
US10545239B2 (en) Distance-measuring imaging device and solid-state imaging device
US20180227475A1 (en) Imaging device, and solid-state imaging element used for same
US8542348B2 (en) Color sensor insensitive to distance variations
CN111198382B (zh) 飞时测距传感器以及飞时测距方法
US11112494B2 (en) Photodetector and portable electronic equipment
JP2017053769A (ja) 距離センサ
JP5218513B2 (ja) 変位センサ
US11012654B2 (en) Image sensor and image processing device including the same
WO2019176752A1 (ja) 光検出装置、光検出方法および光学式測距センサ
IL269455B2 (en) Time of flight sensor
CN107272010B (zh) 距离传感器及其距离测量方法、3d图像传感器
US20210382153A1 (en) Method and apparatus for characterizing a time-of-flight sensor and/or a cover covering the time-of-flight sensor
US20220390576A1 (en) Tof system
US20220011437A1 (en) Distance measuring device, distance measuring system, distance measuring method, and non-transitory storage medium
US20220268900A1 (en) Ranging system
TWI703341B (zh) 飛行時間測距裝置以及飛行時間測距方法
JP7003949B2 (ja) 光測距装置
TWI734079B (zh) 影像感測系統及其多功能影像感測器
JP2021025810A (ja) 距離画像センサ、および距離画像測定装置
JPWO2021181841A5 (zh)