[发明专利]TOF距离传感器、传感阵列及基于TOF距离传感器的测距方法

说明书

本发明提供了一种TOF距离距离传感器及基于距离传感器的测距方法，该传感器包括：电子装置，用于产生调制信号以及i个解调信号组和1个复位信号；辐射源，用于发射辐射；接收装置，用于接收由对象反射的辐射；判定修正装置，用于使所接收的辐射与解调信号中的相应一个相关，形成多个相关值；获取多个相关值中最大的相关值所对应的解调信号的上升沿与调制信号的发射起点之间的时间，将该时间作为解调信号发射起点的时延，并减小解调信号当前的脉宽；循环装置，用于循环通过判定修正装置对解调信号的发射起点进行时延，直至解调信号的当前脉宽为设定阈值时为止；相关装置，获取最终用于计算的多个相关值；计算装置，计算距对象的距离。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种TOF距离传感器、传感阵列及基于TOF距离传感器的测距方法。

背景技术

随着激光技术、嵌入式技术和集成光学的发展，激光测距正朝着数字化、自动化、低成本、小型化的方向发展。激光测距雷达具有精度高，系统体积小，测量迅速的优点，有着广泛的应用前景。

传统激光雷达探测器大多采用单点或多线扫描测量方式，其需要配置机械扫描装置，扫描速度缓慢，图像空间分辨率低。在进行距离测量时一般采用TOF(time-of-flight)技术，这种技术能够应用在汽车、人工智能、游戏、机器视觉等行业领域，采用激光发射器发射主动光源投射到待测物体表面，利用光学反射在接收器端接收回波信号，通过测算光的折返飞行时间，确定物体距离。

TOF测距方式中的像元在工作时不仅接收来自反射激光的光强信号，同时，环境光也作为输入光信号的直流噪声分量在像元内完成光电转换和电荷存储。因此，在实际应用中，采用CMOS工艺制程的TOF传感器，为了规避像元光敏区在可见光波段的高量子效率，通常将激光波长设定在大气光谱能量较弱的近红外波段(850nm～1100nm)，加上远距离测距、低功率激光测距、焦平面成像测距等使用限制，又进一步削弱了进入单个像元内部的激光回波能量。虽然增大感光面和积分时间都会改善激光回波的量子收集效率，但大尺寸光敏区的寄生效应影响带宽，而长积分周期引入的无法从存储读出节点分离直流背景光信号，都会严重影响TOF的测距精度与测量范围，很难在“高精度测距测不远”与“长距离测距误差大”间平衡，同时无调制与解调机制的TOF测距方式，造成了激光测距设备间的相互干扰。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种TOF距离传感器、传感阵列及基于TOF距离传感器的测距方法，通过缩短解调信号的积分时间，探测相同的信号，减少噪声积分和背景光直流积分，提高信噪比与探测距离。

本发明提供了一种TOF距离传感器，包括电子装置，该电子装置用于产生调制信号以及i个解调信号组和1个复位信号，每个解调信号组包括N个解调信号，所述复位信号与解调信号互补，解调信号相对于彼此相移并且具有与调制信号共同的发射起点，并且解调信号具有相同脉宽；调制信号包括i个状态，i为大于等于2的整数。该传感器进一步包括辐射源，其用于发射辐射，该辐射通过调制信号来调制。该传感器进一步包括接收装置，其与辐射源具有预设的空间关系，用于接收由对象反射的辐射。该传感器进一步包括判定修正装置，用于使所接受的辐射与所有解调信号中的相应一个相关，以便形成多个相应的相关值；获取多个相关值中最大的相关值所对应的解调信号的上升沿与调制信号的发射起点之间的时间，将该时间作为解调信号发射起点的时延，并减小所述解调信号的当前脉宽。该传感器进一步包括循环装置，其用于循环通过判定修正装置对解调信号的发射起点进行时延，直至所述解调信号的当前脉宽为设定阈值时为止，该阈值大于等于小于1。该传感器进一步包括相关装置，用于获取当解调信号的当前脉宽为设定阈值时，接收的辐射分别与所有解调信号相关后形成的多个相关值；计算装置，通过所述多个相关值计算距所述对象的距离。

其优点在于，逐次缩短解调信号的脉宽，使其在探测的接收信号并没有减少的同时，减少噪声积分和背景光积分，提升整个测距装置的信噪比。

特别地，对象可以是人或可移动或固定的物体。