[发明专利]突发模式飞行时间成像

说明书

背景技术

在飞行时间(TOF)深度成像中，主体由来自发射器的脉冲或调制光照射。该光中的一些从主体反射回成像光检测器。光检测器的像素元件被编址成组，与发射器的脉冲输出同步。在一些变例中，每组像素元件的积分周期相差一预定量。相应地，像素级的脉冲飞行时间(从其在发射器处的起点射向主体并返回光检测器)可基于不同组的相应元素中接收的相对光量来辨别。根据为给定像素计算的飞行时间，可计算该像素所成像的主体的轨迹的深度(即距离光检测器的距离)。

在以上概述的方法中，在存在宽带环境光的情况下，深度测量的信噪比被降低。一般而言，可通过增大发射器的输出功率来改善信噪比，使得从发射器反射的光压过环境光。然而，增大发射器功率还可能增加成像系统的大小、复杂度、以及成本。

概述

本公开的一个实施例提供TOF深度成像器，该深度成像器包括发射器、像素元件的阵列、以及驱动器逻辑。发射器被配置成释放重复的经调制光脉冲突发，其中在各个连续的突发之间具有一间歇。形成在半导体表面上的阵列的每个元件具有可偏置以将光生成的电荷吸引到所述表面的梳状门、用于收集被吸引到所述表面的电荷的读取节点、以及传输门，所述传输门可被偏置以允许这类电荷到达所述读取节点并且阻止这类电荷被吸收到所述梳状门中。驱动器逻辑被配置成与来自所述发射器的经调制的光脉冲同步地对所述阵列的元件的梳状门进行偏置，使得相邻的第一和第二元件的梳状门以不相等(例如互补)的相位循环进入和脱离电荷吸引状态。所述驱动器逻辑被进一步配置成对所述传输门进行偏置，使得所述电荷仅在突发期间被准许到达所述读取节点，并且被防止在间歇期间抵达所述读取节点。

提供该概述以便以简化形式介绍概念的选集，所述概念在以下详细描述中被进一步描述。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。而且，所要求保护的主题不限于解决该公开的任一部分中所注的任何或全部缺点的实现方式。

附图简述

图1示出根据本公开的一实施例的飞行时间深度成像器的各方面。

图2是工作在普通调制模式下的发射器的功率输出对时间的图表。

图3是根据本公开的一实施例的工作在突发模式下的发射器的功率输出对时间的图表。

图4示出根据本公开的一实施例的飞行时间深度成像器的各方面。

图5示出根据本公开的一实施例的光检测器阵列的示例像素元件的各方面。

图6呈现示出用于驱动光检测器阵列的现有技术参考模式的图表。

图7呈现示出根据本公开的一实施例的用于驱动光检测器阵列的示例模式的图表。

图8和9示出根据本公开的各实施例的其它飞行时间深度成像器的各方面。

图10是示出根据本公开的一实施例的用于驱动光检测器阵列的另一模式的图表。

图11示出根据本公开的一实施例的另一飞行时间深度成像器的各方面。

图12是示出根据本公开的一实施例的用于驱动光检测器阵列的另一模式的图表。

图13到15示出根据本公开的各实施例的光检测器阵列的示例像素元件的各方面。

详细描述

现在将通过示例并参照所示的以上列出的实施例来描述本发明的各方面。在一个或多个实施例中基本相同的组件、过程步骤和其他元素被协调地标识并且以重复最小的方式描述。还应该注意，本发明中包括的附图是示意性的并且通常未按照比例绘制。纵横比、特征大小以及特征数量可以有目的地失真，以使所选择的特征或关系更容易理解。

图1示出一个实施例的示例飞行时间深度成像器110的各方面。深度成像器包括发射器112，发射器112被配置成以经调制的光(正弦调制的、脉冲调制的、或根据任何其它周期波形调制的)照射主体114。在一更具体实施例中，发射器可以是可编程近红外激光器，其能够以连续调制模式或重复突发模式发射。在图1继续，来自发射器的一些经调制的光从主体反射回成像光检测器阵列116，其包括像素阵列118。由于光检测器阵列处接收到的光脉冲已行进到主体并返回，因此它们在相位上与发射器释放出的脉冲列不同。相位差与主体距深度成像器的距离成比例地变化(例如增加)，但是在抵达2π弧度相移之际重复。通过确定阵列的每个像素的相移，可计算所成像的主体的深度图。驱动器120向发射器以及向阵列提供同步的驱动信号以便确定相移。