[发明专利]一种TOF测距系统

说明书

本发明公开了一种TOF测距系统，其特征在于，所述TOF测距系统包括发射光源的VCSEL、接收反射光的传感器、参考面以及待测物体；所述接收反射光的传感器至少部分像素用来接收参考面的反射光信号。通过本发明的结构，可以解决因为不能准确知道光脉冲的发射时间而导致的测距精度降低的问题，从而有效的提高测距精度。

技术领域

本申请涉及TOF测距技术领域，特别涉及一种DTOF类型的距离信息获取系统中直方图参考点的获取。

背景技术

近年来，随着半导体技术的进步，用于测量到物体的距离的测距模块的小型化已经取得了进展。因此，例如，已经实现了在诸如所谓的智能电话等移动终端中安装测距模块，所述智能电话是具有通信功能的小型信息处理装置随着科技的进步，在距离或者深度信息探测过程中，经常使用的方法为飞行时间测距法(Time of flight，TOF)，其原理是通过给目标物连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离，在TOF技术中直接对光飞行时间进行测量的技术被称为DTOF(direct-TOF)，直接飞行时间探测(Direct Time of flight，DTOF)作为TOF的一种，DTOF技术通过计算光脉冲的发射和接收时间，直接获得目标距离，具有原理简单，信噪比好、灵敏度高、精确度高等优点，受到了越来越广泛的关注，尤其是在极端弱光条件的光学传感器可以将单个光子转换为可测量的电信号，这些传感器称为单光子检测器,可用于具有3D成像和测距功能的视觉系统。

DTOF的测距原理也是比较简单明确的，光源发射具有一定脉宽的脉冲激光例如几纳秒级别，脉冲激光经过探测目标反射返回处于包含雪崩状态SPAD的阵列型接收模块，当在雪崩光电二极管SPAD在超过其击穿电压的情况下以已知的盖革(Geiger)模式工作时,可以制成雪崩光电二极管,以检测其中的单个入射光子可以触发较强的光电流脉冲，其增益可以近似认为为无限大。SPAD成像传感器是由在硅衬底上制造的SPAD区域阵列构成的半导体光敏器件。SPAD区域在被光子撞击时产生输出脉冲。SPAD区域具有在击穿电压之上反向偏置的pn结，使得单个光生载流子可以触发雪崩倍增过程，可以利用配套的电路检测对于由图像传感器接收的光子信号进行处理，以在时间窗口内对来自SPAD区域的输出脉冲进行计数，其中为了获得高可信度的结果可以发射数万次的激光脉冲，探测单元获得一个统计结果，这样通过对于统计结果的处理可以获得更精确的距离。

测量光子时间信息的基本思想是将光子看作一个随机事件，对光子重复进行多个周期的测量后进行统计。在光信号非常微弱且探测频率很高时，有的周期内可能探测不到光子，有的周期内能够探测到一个光子，将光子的探测时间对应到某个时间段，这样在进行大量的重复测量后，对各时间段内的光子数目进行统计就能得到光子随时间变化的频率分布直方图，对直方图拟合即可获得光信号的强度变化

DTOF测距技术的核心为生成光子计数的直方图，而直方图的粗细程度则直接决定了测距的精度。当激光脉冲功率较大的时候，产生的直方图需要少量的激光脉冲即可，但是直方图与原始的光强度包络相差较大。而当激光脉冲功率较小的时候，虽然产生一张直方图所需要的激光脉冲数量较多，但是直方图描绘的包络与光强本身的包络曲线符合度较好。