[发明专利]校准飞行时间系统的方法和飞行时间系统

说明书

本发明提出了一种用于校准飞行时间系统的方法，所述飞行时间系统具有位于盖板(CP)后面的飞行时间传感器。所述方法包括响应于控制信号(CS1)的相应的触发脉冲而发射多个光的发送脉冲(EP)，并且检测光的接收脉冲(RP、RP')。确定表示发送脉冲(EP)之一与接收脉冲(RP、RP')之一之间的时间周期的相应的差值。差值累积到至少一个直方图的许多的区间(1，...，N)中。所述方法还涉及在预定的区间范围(1，...，M)内在直方图中记录至少一个串扰响应(CTP)，并且使用记录的串扰响应(CTP)来校准直方图。最终，基于对校准的直方图的评估，生成指示飞行时间的输出信号(OS)。

本发明涉及校准飞行时间系统的领域。

飞行时间传感器有许多与距离测量相关的应用，例如包括接近检测、辅助数码相机自动对焦、多区域自动对焦、手势检测或3D相机应用。飞行时间(ToF)能够通过发射电磁辐射脉冲并且检测对象反射来确定。该技术能够在多周期内利用多个脉冲来收集更多的数据以提高信噪比。反射是用表示传感器与对象之间距离的时间延迟来检测的。时间延迟或下文中的飞行时间t_D能够计算为：

其中D表示传感器与对象之间的距离，以及c表示空气中的光速。

这项技术的挑战性方面之一涉及光学串扰。位于盖后面的飞行时间传感器的实施方式经常受到盖上的污染，例如移动设备或相机的玻璃上的污迹。继而，这经常会导致失真并且精度降低。

在典型的实施方式中，激光二极管或表面发射器，例如垂直腔表面发射激光器VCSEL用作发射电磁辐射脉冲的发射器。脉冲宽度很宽，反射脉冲覆盖很长的距离。如上所述，由返回脉冲的延迟确定到对象的距离。然而，发射和反射的脉冲都穿过盖并且可能受到盖表面的任何污染的影响。例如，当盖上有污迹时，这可能会在更早的时间提供更多的光返回。一些ToF方法在整个距离上取平均值，并且提供平均距离测量值。然后，污染可能作为非常接近传感器的对象出现，并且导致测量值偏向较短的距离。因此，测量值表明距离比实际距离短。

在这样的系统中，可能需要复杂的校准来消除由于盖引起的串扰。另外，附加的系统串扰应该非常低，以便可以进行补偿。该校准是整个系统制造过程中的附加步骤，这增加了复杂性。然而，在初始校准之后，很难甚至不可能知道何时引入了附加串扰。因此，无法动态校准系统以针对这种附加串扰进行调整。已经引入了一些方法来确定是否存在过多的串扰，但缺乏概念来消除工作期间附加串扰的影响。

因此，本发明的目的是为飞行时间系统提供一种改进的概念和一种校准飞行时间系统的方法，该系统不太复杂，并且允许提高精度。

该任务通过独立权利要求的主题解决。进一步的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。

应当理解的是，除非明确描述为替代方案，否则下文中描述的与任何一个实施例相关的任何特征可以单独使用，或者与下文中描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或更多个特征结合使用，或者可以与任何其他实施例的任何组合结合使用。此外，在不脱离所附权利要求中定义的飞行时间系统和用于校准飞行时间系统的方法的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等效物和修改。

改进的概念涉及一种位于盖板后面的飞行时间ToF系统，例如嵌入在移动设备或数码相机中。ToF系统基于飞行时间传感器。这种ToF传感器设置成测量发送脉冲从外部目标反射并且再次到达ToF传感器所需的时间。传感器可以在多个时间周期内利用多个发送脉冲来收集更多的数据，以提高信噪比。该数据包括表示在发送脉冲的发射与反射脉冲的检测之间的时间周期的差值。将这些值收集到一个或更多个直方图中，然后进行处理以确定飞行时间值并且导出距离