[发明专利]用光飞行时间方法测量距离

说明书

本申请涉及用光飞行时间方法测量距离。提供用光飞行时间方法测量检测区域中的对象的距离的光电传感器，具有：将光信号发射到检测区域的光发射器；光接收器，具有检测来自检测区域的接收光的第一多个光接收元件；和第二多个光飞行时间测量单元，其从发射光信号与接收对象上返回或反射的光信号之间的光飞行时间来确定单光飞行时间；收集单光飞行时间的存储器；控制和评估单元，通过评估单光飞行时间确定距离值，还可从至少两组光飞行时间测量单元的单光飞行时间确定至少两个距离值。重新寻址单元根据光飞行时间测量单元到组的分配，将单光飞行时间写入特定地址，使得控制和评估单元可将存储的单光飞行时间经地址分配给组，从而分配给距离值。

本发明涉及根据权利要求1和11的前序部分的使用光飞行时间方法对检测区域中的对象进行距离测量的光电传感器和方法。

距离传感器或距离扫描仪根据光飞行时间原理来测量光信号的飞行时间，该飞行时间通过光速对应于距离。基于脉冲的测量和基于相位的测量是有区别的。在脉冲飞行时间方法中，发射短的光脉冲，并测量直到接收到光脉冲的返回(Remission)或反射的时间。可替代地，在相位方法中，对发射光的幅度进行调制，并且确定发射光和接收光之间的相移，其中相移也是光飞行时间的度量。

将雪崩光电二极管(APD Avalanche Photo Diode)用于一些光电传感器，以便还能够检测到较低的接收强度。这里，入射光触发受控的雪崩击穿(Avalanche Effect雪崩效应)。结果，由入射的光子产生的电荷载流子倍增，并且产生与光接收强度成比例的光电流，但是明显大于简单的PIN二极管。

在所谓的盖革模式下运行的雪崩光电二极管(SPAD，Single Photon AvalancheDiode单光子雪崩二极管)甚至可以实现更高的灵敏度。在这里，雪崩光电二极管被偏置在击穿电压之上，因此即使是单光子释放的单个电荷载流子也可以触发不再受控的雪崩，然后由于高场强，雪崩吸收所有可用的电荷载流子。此后，雪崩就会停止(passive quenching被动淬灭)，并且在某个死区时间内不可再用于探测。可替代地，还已知从外部检测雪崩并将其消除(active quenching主动淬灭)。

因此，SPAD像盖革计数器一样对单独事件进行计数。SPAD不仅高度灵敏，而且还可以相对便宜和有效地集成在硅半导体中。此外，SPAD可以很容易地集成在印刷电路板上。特殊之处在于，即使是最小的干扰事件，如外来光线光子或暗噪声，也会产生与有用光信号相同的最大接收信号。

优选地，基于SPAD的距离传感器以基于脉冲的方式工作，以确保即使在边缘撞击或返回跳跃(Remissionssprüngen)的情况下也能稳健地测量。这也被称为直接飞行时间(dToF，direct Time of Flight)测量。为了在不受干扰影响的情况下获得可靠的测量结果，可以通过多个SPAD或多个发射脉冲来收集事件，并通过在直方图中搜索最大值来一起评估。

为了实践上实施该解决方案，直方图存储器必须保留。为此，存储器编译器为一定的存储器大小(如1024×10位)生成区域优化的功能块，并优选地将该功能块扩展有BIST(Built In Self Test内置自检)，以实现可测试性。因此，这将系统固定在固定分辨率最高为1024Bin的直方图上。

然而，对于某些传感器来说，要测量到多个点或测量区域(ROI，regionofinterest感兴趣区域)的距离。这种多段评估只能用固定的直方图存储器顺序地实现。可替代地，必须为最大数量的可能测量区域保留单独的直方图存储器，这显著增加了面积消耗并提高了芯片成本。