[实用新型]集成相位补偿校正控制器的ToF飞行时间三维测距传感器

说明书

集成相位补偿校正控制器的ToF飞行时间三维测距传感器，包括像素阵列、行列地址扫描模块、模拟信号处理模块、模数转换模块、调制模块、混频信号驱动模块、时序产生器、输出模块、温度传感器、I2C从机模块和相位补偿校正控制器。时序产生器与调制模块、像素阵列、模数转换模块、相位补偿校正控制器和输出模块连接，调制模块经混频信号驱动模块与像素阵列连接，像素阵列与行列地址扫描模块、模拟信号处理模块的输入端连接，模拟信号处理模块的输出端经模数转换模块与相位补偿校正控制器连接，相位补偿校正控制器与I2C从机模块及输出模块连接。本实用新型实现相位偏移校正、温度补偿校正、照明路径延迟校正和相位非线性校正，提高三维测距精度。

技术领域

本实用新型涉及三维测距传感器技术领域，具体涉及一种集成相位补偿校正控制器的ToF飞行时间三维测距传感器。

背景技术

三维ToF相机通过主动发射调制过的光源到目标面上，然后观察计算反射回来的对应光。发射和反射光之间的相位差通过运算和转换得到距离。一般来说，主动发射光源是850nm波长的固态激光管或者发光二极管LED，对人眼来说是不可见光(可见光波长范围：400～700nm)。一个特制的成像传感器用来接受同样频谱的光线，并且转换光子能量到电信号。需要注意，光线进入该传感器有一个环境光分量和反射光分量。距离(景深)信息就存在反射光分量中。因此，高环境光分量会降低测量的信噪比。

为了检测发射与反射光之间相位差，光源采用连续调制波，一般是正弦波或者方波。这样就存在相位偏移不能及时校正的问题，ToF三维测距的精度和稳定性不够高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有三维ToF相机存在的上述不足，提供一种集成相位补偿校正控制器的ToF飞行时间三维测距传感器，实现了相位偏移校正、温度补偿校正、照明路径延迟校正和相位非线性校正，可以显著提高ToF三维测距的精度和稳定性。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

集成相位补偿校正控制器的ToF飞行时间三维测距传感器，包括像素阵列、行列地址扫描模块、模拟信号处理模块、模数转换模块、调制模块、混频信号驱动模块、时序产生器、输出模块、温度传感器、I2C从机模块和一个相位补偿校正控制器，其中时序产生器与调制模块、像素阵列、模数转换模块、相位补偿校正控制器和输出模块连接，调制模块经混频信号驱动模块与像素阵列连接，像素阵列与行列地址扫描模块、模拟信号处理模块的输入端连接，模拟信号处理模块的输出端经模数转换模块与相位补偿校正控制器连接，相位补偿校正控制器与I2C从机模块及输出模块连接。

按上述方案，所述相位补偿校正控制器包括基频偏移校正模块、去混叠频率偏移校正模块、高动态范围模式基频偏移校正模块、高动态范围模式去混叠频率偏移校正模块，照明驱动器温度补偿模块、ToF传感器温度补偿模块，延迟补偿模块和相位非线性校正模块；基频偏移校正模块、去混叠频率偏移校正模块、高动态范围模式基频偏移校正模块、高动态范围模式去混叠频率偏移校正模块与照明驱动器温度补偿模块连接，照明驱动器温度补偿模块、ToF传感器温度补偿模块、延迟补偿模块和相位非线性校正模块依次连接。

本实用新型的工作原理：调制模块在时序产生器的控制下产生调制信号，调制信号一方面输出到芯片外面、另一方面经过片内混频信号驱动模块后提供给像素阵列；像素阵列是感光部分，像素阵列的每个像素将接收到的光转化为电信号；行列地址扫描模块产生行列地址选通信号，逐行逐列读出像素的电信号；模拟信号处理模块将像素阵列输出的电信号进行处理然后输出给模数转换模块，模数转换模块完成信号的数字化；相位补偿校正控制器将模数转换模块产生的原始数据进行相位补偿校正，相位补偿校正控制器的基频偏移校正模块、去混叠频率偏移校正模块、高动态范围模式基频偏移校正模块、高动态范围模式去混叠频率偏移校正模块实现相位偏移校正；照明驱动器温度补偿模块和ToF传感器温度补偿模块实现温度补偿校正；延迟补偿模块补偿照明调制路径延迟以降低绝对和温度相关的相位偏移；相位非线性校正模块将获得的相位转换为线性相位；输出模块将校正后的数据以一定的格式输出。