飞行时间传感器和使用飞行时间传感器测量距离的方法与流程

飞行时间传感器和使用飞行时间传感器测量距离的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年8月6日向韩国知识产权局(kipo)提交的韩国专利申请no.10-2020-0098448的优先权，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
3.示例实施例涉及飞行时间传感器和使用飞行时间传感器测量距离的方法。


背景技术：

4.为了获得对象的三维信息已经开发了各种感测技术。这些技术中的一些技术涉及使用包括飞行时间(tof)传感器在内的三维相机。这样的传感器可以利用发射光来照射对象，然后通过使用解调信号测量从对象反射的光的飞行时间或相位差来计算到对象的距离。所产生的距离测量的精度可能由于各种影响而下降，这些影响包括但不限于tof传感器中的深度像素的偏移或增益偏差。


技术实现要素：

5.一些示例实施例可以提供一种能够提高距离测量的精度的飞行时间(tof)传感器。一些示例实施例还可以提供一种使用tof传感器测量距离的方法。
6.根据一个或多个实施例，一种方法使用飞行时间(tof)传感器测量距离，所述飞行时间传感器包括至少一个深度像素和对对象照射发射光的光源。深度像素具有包括多个抽头的多抽头结构，以基于接收光和具有不同相位的多个解调信号来生成多个采样数据。发射光从对象反射回tof传感器作为接收光。
7.该方法包括：在发射光和多个解调信号之间生成多个时间偏移；执行多个采样操作以生成与多个时间偏移相对应的多个采样数据；基于与多个时间偏移相对应的多个采样数据来确定交叉时间偏移，使得多个抽头中的第一参考抽头和第二参考抽头的采样数据变为关于交叉时间偏移而彼此基本上相等；以及基于交叉时间偏移来确定tof传感器和对象之间的距离。
8.根据一个或多个实施例，一种方法使用飞行时间(tof)传感器测量距离，所述飞行时间传感器包括至少一个深度像素和对对象照射发射光的光源。深度像素具有包括多个抽头的多抽头结构，以基于接收光和具有不同相位的多个解调信号来生成多个采样数据。发射光从对象反射回tof传感器作为接收光。
9.该方法包括：在发射光和多个解调信号之间生成第一时间偏移；执行第一采样操作以生成与第一时间偏移相对应的第一采样数据；在发射光和多个解调信号之间生成第二时间偏移；执行第二采样操作以生成与第二时间偏移相对应的第二采样数据；基于第一采样数据和第二采样数据来确定交叉时间偏移，使得多个抽头中的第一参考抽头和第二参考抽头的采样数据变为关于交叉时间偏移而彼此基本上相等；以及基于交叉时间偏移来确定tof传感器和对象之间的距离。
10.根据一个或多个实施例，一种飞行时间(tof)传感器，包括：光源，被配置为对对象照射发射光；传感器，包括像素阵列和行扫描电路。像素阵列包括一个或多个深度像素，一个或多个深度像素中的每一个具有包括多个抽头的多抽头结构，并且被配置为基于接收光和具有不同相位的多个解调信号来生成多个采样数据。发射光从对象反射回tof传感器作为接收光，并且行扫描电路被配置为生成施加给多个抽头的多个解调信号。
11.tof传感器还包括：控制器，被配置为通过施加相对于发射光具有多个时间偏移的多个解调信号来执行多个采样操作，以生成与多个时间偏移相对应的多个采样数据。此外，控制器被配置为：基于与多个时间偏移相对应的多个采样数据来确定交叉时间偏移，使得多个抽头中的第一参考抽头和第二参考抽头的采样数据变为关于交叉时间偏移而彼此基本上相等，以及基于交叉时间偏移来确定tof传感器和对象之间的距离。
附图说明
12.根据结合附图进行的以下详细描述，将更清楚地理解本公开的示例实施例。
13.图1示出使用tof传感器测量距离的方法的实施例。
14.图2示出tof传感器的实施例。
15.图3和图4示出测量并计算到对象的距离的示例方法。
16.图5和图6示出tof传感器的时间偏移的示例实施例。
17.图7示出确定用于测量距离的交叉时间偏移的方法的示例实施例。
18.图8a至图8f示出根据tof传感器的时间偏移的采样数据的实施例。
19.图9示出tof传感器中的具有两抽头结构的深度像素的实施例。
20.图10示出包括深度像素的tof传感器的示例操作。
21.图11示出tof传感器中的具有两抽头结构的深度像素的实施例。
22.图12示出包括深度像素的tof传感器的示例操作。
23.图13示出tof的基于脉冲的方案的实施例。
24.图14示出tof的基于连续波的方案的实施例。
25.图15和图16示出tof传感器的基础时间偏移的扫描方法的实施例。
26.图17和图18示出tof传感器的采样操作的示例实施例。
27.图19和图20示出用于tof传感器的距离测量的时间偏移的示例实施例。
28.图21示出测量距离的方法的实施例。
29.图22和图23是用于描述图21的方法的示例图。
30.图24示出tof传感器中的具有四抽头结构的深度像素的电路实施例。
31.图25示出包括深度像素的tof传感器的示例操作。
32.图26示出tof传感器中的具有四抽头结构的深度像素的电路实施例。
33.图27示出包括深度像素的tof传感器的示例操作。
34.图28和图29示出tof传感器的时间偏移的实施例。
35.图30示出根据tof传感器的时间偏移的采样数据的示例。
36.图31示出tof传感器的基础时间偏移的扫描方法的实施例。
37.图32示出包括tof传感器的计算系统的实施例。
具体实施方式
38.在下文中将参考附图更全面地描述各种示例实施例，在附图中示出了一些示例实施例。在附图中，相似的附图标记始终表示相似的元素。可以省略重复的描述。根据一个或多个实施例，术语“基本上”可以对应于预定的公差。
39.图1是示出根据示例实施例的使用飞行时间(tof)测量距离的方法的流程图。根据示例实施例，tof传感器可以包括至少一个深度像素，并且还可以包括用于提供照射对象的发射光的光源或与所述光源耦接。在一个实施例中，深度像素可以具有多抽头(multi-tap)结构(包括多个抽头)以基于接收光和具有不同相位的解调信号来生成多个采样数据。接收光可以与已经从对象反射回tof传感器的发射光相对应。根据示例实施例的测量距离的方法可以使用这样的tof传感器来执行。
40.参考图1，该方法包括：在s100处，在发射光和多个解调信号之间生成多个时间偏移。时间偏移可以指示发射光和解调信号之间的相对时间差或相位差。在(例如，参考图4和图5描述的)一些示例实施例中，可以通过调整发射光和/或解调信号的延迟量或相位来改变时间偏移。在(例如，参考图19和图20描述的)一些示例实施例中，可以通过调整解调信号的脉冲宽度或占空比来改变时间偏移。
41.在s200处，可以执行多个采样操作以生成与时间偏移相对应的多个采样数据。如以下所述，可以根据例如深度像素的抽头结构、发射光的调制方案和/或其他特征利用各种方法来执行采样操作。
42.在s300处，可以基于与多个时间偏移相对应的多个采样数据来确定交叉时间偏移，使得多个抽头中的第一参考抽头和第二参考抽头的采样数据变为关于交叉时间偏移而彼此相等。
43.在s400处，可以基于交叉时间偏移来确定tof传感器和对象之间的距离。参考图7至图8f描述确定交叉时间偏移和距离计算的示例实施例。
44.根据一种方法，tof传感器可以基于与解调信号相对应的采样数据的比率来确定tof传感器和对象之间的距离。这样的方法可能根据tof传感器中的深度像素的偏移或增益偏差而产生变化或不准确的距离计算。
45.根据示例实施例，可以基于时间偏移上的变化来确定与采样数据的交叉点相对应的交叉时间偏移。然后可以将交叉时间偏移用作确定tof传感器和对象之间的距离的基础。使用这个方法和本文描述的其他方法，即使当一个或多个深度像素的特性偏差变化时也可以获得精确的距离。也就是说，通过使用基于与不同时间偏移相对应的多个采样数据而确定的交叉时间偏移，根据示例实施例的测量距离的tof传感器和方法可以提高距离测量的精度而与深度像素的特性偏差无关。
46.在(例如，参考图22和图23描述的)一些示例实施例中，可以基于与多个时间偏移相对应的多个采样数据来确定对象的接近速度。在这种情况下，可以基于接近速度来校正采样数据并且可以基于经校正的采样数据来校正交叉时间偏移。因此，根据示例实施例的测量距离的tof传感器和方法可以基于采样数据来测量对象的接近速度，并且可以使用已测量的接近速度进一步提高距离测量的精度。
47.图2是示出tof传感器100的实施例的框图，tof传感器100可以包括感测单元(传感器)、控制器150和光源模块200。
48.参考图2，感测单元(传感器)可以包括像素阵列110、模数转换器(adc)单元120、行扫描电路130和列扫描电路140。像素阵列110可以包括接收从对象obj反射的光rl的一个或多个深度像素。从对象obj反射的光基于光源模块200向对象obj发射的光。深度像素可以将接收光rl转换为电信号。深度像素然后可以提供与对象obj离tof传感器100的距离有关的信息。
49.在一个实施例中，像素阵列110可以包括用于提供颜色图像信息的颜色像素。在这种情况下，tof传感器100可以是提供颜色图像信息和深度信息的三维颜色图像传感器。根据示例实施例，可以在深度像素上形成红外滤光器和/或近红外滤光器，并且可以在颜色像素上形成颜色滤光器(例如，红色滤光器、绿色滤光器和蓝色滤光器)。根据示例实施例，深度像素的数量与颜色像素的数量之比可以根据需要或通过设计而变化。
50.adc单元120可以将从像素阵列110输出的模拟信号转换为数字信号。根据示例实施例，adc单元120可以执行列模数转换，所述列模数转换使用分别与多个列线耦接的多个模数转换器来并行地转换模拟信号。根据示例实施例，adc单元120可以执行单模数转换，所述单模数转换使用单个模数转换器顺序地转换模拟信号。
51.根据示例实施例，adc单元120可以包括用于提取有效信号分量的相关双采样(cds)单元。在一些示例实施例中，cds单元可以执行模拟双采样，所述模拟双采样基于包括复位分量在内的模拟复位信号和包括信号分量在内的模拟数据信号之间的差异来提取有效信号分量。在一些示例实施例中，cds单元可以执行数字双采样，所述数字双采样将模拟复位信号和模拟数据信号转换成两个数字信号，并基于两个数字信号之间的差异来提取有效信号分量。在一些示例实施例中，cds单元可以执行双重相关双采样，所述双重相关双采样执行模拟双采样和数字双采样两者。
52.行扫描电路130可以从控制器150接收控制信号，并且可以控制像素阵列110的行地址和行扫描。为了在多个行线之中选择行线，行扫描电路130可以将用于激活所选择的行线的信号施加给像素阵列110。根据示例实施例，行扫描电路130可以包括用于选择像素阵列110的行线的行解码器和用于施加用于激活所选择的行线的信号的行驱动器。
53.列扫描电路140可以从控制器150接收控制信号，并且可以控制像素阵列110的列地址和列扫描。列扫描电路140可以将来自adc单元120的数字输出信号输出到数字信号处理电路和/或输出到外部主机。例如，列扫描电路140可以向adc单元120提供水平扫描控制信号，以顺序地选择adc单元120中的多个模数转换器。
54.控制器150可以控制adc单元120、行扫描电路130、列扫描电路140和光源模块200。控制器150可以向adc单元120、行扫描电路130、列扫描电路140和光源模块200提供控制信号，例如时钟信号、定时控制信号或另一信号中的至少一种。控制器150可以包括以下至少一种：控制逻辑电路、锁相环电路、定时控制电路、通信接口电路或另一电路。
55.光源模块200可以发射期望(或预定)波长的光。例如，光源模块200可以发射红外光和/或近红外光。光源模块200可以包括光源210和透镜220。光源210可以由控制器150控制，以发射期望的强度和/或特性(例如，周期性)的发射光tl。例如，可以控制发射光tl的强度和/或特性，使得发射光tl具有预定的波形，例如脉冲波、正弦波、余弦波或另一类型的波。光源210可以由发光二极管(led)、激光二极管或另一类型的光源来实现。
56.现在将在下面描述根据示例实施例的tof传感器100的正常操作。
57.控制器150可以控制光源模块200发射具有周期性强度的发射光tl。由光源模块200发射的发射光tl可以从对象obj反射回tof传感器100作为接收光rl。接收光rl可以入射在深度像素上，并且深度像素可以由行扫描电路130激活以输出与接收光rl相对应的模拟信号。adc单元120可以将从深度像素输出的模拟信号转换为采样数据sdata。采样数据sdata可以由列扫描电路140和/或adc 120提供给控制器150。
58.控制器150(或外部处理器)可以基于采样数据sdata来计算对象obj离tof传感器100的距离、对象obj的水平位置、对象obj的竖直位置和/或对象obj的尺寸。控制器150可以基于对象obj的距离、水平位置、竖直位置和/或尺寸来控制发射光tl的发射角或投射(或入射)区域。例如，控制器150可以控制光源210和透镜220之间的间隔、光源210和透镜220相对于彼此的相对位置(或布置)、透镜220的折射率、透镜220的曲率或透镜220的另一特征。
59.照射到对象obj的发射光tl可以被反射，并且反射光(例如，接收光rl)可以入射到像素阵列110中的深度像素上。深度像素可以输出与接收光rl相对应的模拟信号，adc单元120可以将模拟信号转换为数字数据或采样数据sdata。采样数据sdata和/或深度信息可以被提供给控制器150、数字信号处理电路和/或外部主机。根据示例实施例，像素阵列110可以包括颜色像素，并且颜色图像信息以及深度信息可以被提供给数字信号处理电路和/或外部主机。
60.图3和图4是用于描述根据实施例的测量并计算到对象的距离的示例方法的图。
61.参考图2和图3，由光源模块200发射的发射光tl可以具有(例如，预定的)周期性的强度和/或特性。例如，发射光tl的强度(例如，每个单位面积的光子的数量)可以具有预定的波形，所述波形在这个示例中为正弦波，但是在另一个实施例中可以是不同类型的波形。
62.由光源模块200发射的发射光tl可以从对象obj反射，然后可以作为接收光rl入射在像素阵列110上。像素阵列110可以周期性地对接收光rl进行采样。根据示例实施例，在接收光rl的每一个周期(例如，可以与发射光tl的周期相对应)期间，像素阵列110可以通过例如在具有预定的相位差(例如，大约180度)的两个采样点处、在具有(例如，大约90度的)相位差的四个采样点处、或者在多于四个采样点处进行采样来对接收光rl执行采样。例如，像素阵列110可以分别在每一个周期的0度、90度、180度和270度的相位处提取接收光rl的四个样本a0、a1、a2和a3。
63.由于背景光、噪声和/或其他影响，接收光rl可能具有与由光源模块200发射的发射光tl的偏移不同的偏移b。接收光rl的偏移b可以基于公式1来计算。
[0064][0065]
其中，a0表示在发射光tl的大约90度的相位处采样的接收光rl的强度，a1表示在发射光tl的大约180度的相位处采样的接收光rl的强度，a2表示在发射光tl的大约270度的相位处采样的接收光rl的强度，以及a3表示在发射光tl的大约360度的相位处采样的接收光rl的强度。
[0066]
由于损失(例如，光损失)，接收光rl可能具有比由光源模块200发射的发射光tl的幅度更低的幅度a。接收光rl的幅度a可以基于公式2来计算。
[0067][0068]
与对象obj相对应的黑白图像信息可以由像素阵列110中的各个深度像素基于接收光rl的幅度a来提供。
[0069]
接收光rl可以相对于发射光tl延迟例如与对象obj离tof传感器100的距离的两倍相对应的相位差φ。发射光tl和接收光rl之间的相位差φ可以基于公式3来计算。
[0070][0071]
发射光tl和接收光rl之间的相位差φ可以例如与飞行时间(tof)相对应。在一个实施例中，对象obj离tof传感器100的距离可以通过以下公式来计算：r＝c*tof/2，其中r表示对象obj的距离并且c表示光的速度。此外，还可以基于公式4使用发射光tl和接收光rl之间的相位差φ来计算对象obj离tof传感器100的距离。
[0072][0073]
其中f表示调制频率，所述调制频率例如可以是发射光tl的强度的频率或接收光rl的强度的频率。
[0074]
在图3中，示出了发射光tl的强度具有正弦波的波形的示例。在其他实施例中，发射光tl的强度可以具有其他类型的波形。此外，tof传感器100可以根据发射光tl的强度的波形、深度像素的结构、和/或另一特征或参数来提取深度信息。
[0075]
图4示出具有多抽头结构的深度像素的调制定时和解调定时的示例实施例。在两抽头结构的情况下，例如通过时分方案第一解调信号dem1和第二解调信号dem2可以与第三解调信号dem3和第四解调信号dem4不同。在四抽头结构的情况下，第一解调信号dem1至第四解调信号dem4可以同时施加给同一个深度像素。四抽头结构的解调信号dem1至解调信号dem4的占空比可以减小到两抽头结构的情况下的占空比的一半以下。图4描述了与发射光tl的相位相对应的调制定时和与解调信号dem1～dem4的相位相对应的解调定时的示例。在其他实施例中tof传感器的操作可以以各种方式修改。
[0076]
参考图4，来自光源210的发射光tl可以与来自控制器150的信号同步地进行输出。第一解调信号dem1至第四解调信号dem4可以与来自控制器150的信号同步地生成。第一解调信号dem1至第四解调信号dem4分别具有0度、90度、180度和270度的相位差。如以上参考图3所述，接收光rl的四个样本a0、a1、a2和a3可以分别在每一个周期的0度、90度、180度和270度的相位处进行采样。在另一个实施例中采样相位可以不同。
[0077]
在图4中，示出了第一解调信号dem1的相位与发射光tl的相位一致的示例。在一个实施例中，第一解调信号dem1至第四解调信号dem4可以分别施加给第一解调传输栅极至第四解调传输栅极，如下所述。
[0078]
虽然提供图3和图4来描述使用tof传感器测量并计算到对象的距离的原理的示例，但是应理解一个或多个其他示例实施例不限于此。例如，在其他实施例中，发射光tl的占空比和/或解调信号的数量、相位差和/或占空比可以与同图3和图4相对应的那些不同。
[0079]
图5和图6是示出根据示例实施例的tof传感器的时间偏移的图。在图5和图6中，根
据两抽头结构的示例示出以下内容：发射光tl、与任意飞行时间tof相对应的接收光rl、与第一抽头相对应的第一解调信号dem1以及与第二抽头相对应的第二解调信号dem2的定时。此外，在图5中示出时间偏移ts是0的示例并且在图6中示出时间偏移ts具有正值的示例。
[0080]
当深度像素具有包括第一抽头和第二抽头的两抽头结构时，第一抽头可以与第一参考抽头相对应并且第二抽头可以与第二参考抽头相对应，与飞行时间tof(例如，tof传感器和对象之间的距离)无关。
[0081]
参考图5和图6，发射光tl的脉冲宽度和多个解调信号的脉冲宽度可以作为参考时间tp彼此相等。第一解调信号dem1的下降沿和第二解调信号dem2的上升沿可以在时间点tb处同步，并且接收光rl的脉冲可以在时间点tb处被第一解调信号dem1和第二解调信号dem2的脉冲划分开。在一些示例实施例中，第一解调信号dem1的脉冲宽度可以被设置为与第二解调信号dem2的脉冲宽度不同。
[0082]
如图5所示，当时间偏移ts是0时，与发射光tl的上升沿相对应的时间点t0’可以与同第一解调信号dem1的上升沿相对应的时间点t0一致。作为比较，如图6所示，当时间偏移ts具有正值时，与发射光tl的上升沿相对应的时间点t0’可以滞后于与第一解调信号dem1的上升沿相对应的时间点t0。当时间偏移ts具有负值时，与发射光tl的上升沿相对应的时间点t0’可以领先于与第一解调信号dem1的上升沿相对应的时间点t0。
[0083]
可以通过如图5所示地将时间偏移ts设置为0来执行第一采样操作。在这种情况下，通过第一解调信号dem1采样的数据对应于(tb-ta)并且通过第二解调信号dem2采样的数据对应于(tc-tb)。可以通过如图6所示地将时间偏移ts设置为正值来执行第二采样操作。在这种情况下，通过第一解调信号dem1采样的数据对应于(tb-ta’)并且通过第二解调信号dem2采样的数据对应于(tc
’‑
tb)。因此，例如，如参考图7和图8f所述，可以基于与多个时间偏移相对应的多个采样数据来确定交叉时间偏移。
[0084]
在一些示例实施例中，可以通过改变发射光tl的延迟量(或相位)和/或解调信号dem1和解调信号dem2的延迟量来改变时间偏移ts。图2中的光源210和/或行扫描电路130可以包括延迟电路，以基于来自控制器150的控制信号来调整发射光tl和/或解调信号dem1和dem2的相位。可以通过增大发射光tl的延迟量或通过减小解调信号dem1和解调信号dem2的延迟量来增大时间偏移ts。换言之，可以通过减小发射光tl的延迟量或通过增大解调信号dem1和解调信号dem2的延迟量来减小时间偏移ts。
[0085]
图7是示出确定交叉时间偏移的方法的示例实施例的流程图，该方法可以在根据示例实施例的测量距离的方法中使用。图8a至图8f是示出根据示例实施例的根据tof传感器的时间偏移的采样数据的图。
[0086]
参考图7和图8a，所述方法包括：在s310处，可以基于第一参考抽头ta的采样数据s11和s12来确定在将采样数据和时间偏移作为两个坐标的平面上的第一直线ln。
[0087]
在s320处，可以基于第二参考抽头tb的采样数据s21和s22来确定平面上的第二直线ln2。可以基于公式5来确定第一直线ln1并且可以基于公式6来确定第二直线ln2。
[0088]
s1(t)＝m1*(t-ts1) s11或s1(t)＝m1*(t-ts2) s12
[0089]
m1＝(s12-s11)/(ts2-ts1)
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(5)
[0090]
s2(t)＝m2*(t-ts2) s21或s2(t)＝m2*(t-ts2) s22
[0091]
m2＝(s22-s21)/(ts2-ts1)
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(6)
[0092]
在公式5和公式6中，s1(t)指示在时间偏移t处第一参考抽头ta的采样数据，s2(t)指示在时间偏移t处第二参考抽头tb的采样数据，s11指示在第一时间偏移ts1处第一参考抽头ta的采样数据，s12指示在第二时间偏移ts2处第一参考抽头ta的采样数据，s21指示在第一时间偏移ts1处第二参考抽头tb的采样数据，以及s22指示在第二时间偏移ts2处第二参考抽头tb的采样数据。
[0093]
如图8a所示，可以基于平面上的两个点(ts1，s11)和(ts2，s12)来确定第一直线ln1的斜率m1，并且可以基于平面上的两个点(ts1，s21)和(ts2，s22)来确定第二直线ln2的斜率m2。换言之，可以使用根据与两个不同的时间偏移ts1和ts2相对应的两个采样操作所采样的数据来确定第一直线ln1和第二直线ln2。在一些示例实施例中，可以基于根据与三个或更多个不同的时间偏移相对应的三个或更多个采样操作所采样的数据来确定平面上的第一直线ln1和第二直线ln2。在这种情况下，可以例如通过基于平面上的三个或更多个点的拟合技术(例如，最小均方方法)来确定第一直线ln1和第二直线ln2的公式。
[0094]
在s330处，可以确定平面上的第一直线ln1和第二直线ln2的交叉点cp。
[0095]
在s340处，可以将与平面上的交叉点cp相对应的时间偏移确定为交叉时间偏移tc。可以基于公式7来确定交叉时间偏移tc，例如，通过对公式5和公式6应用条件s1(tc)＝s2(tc)。
[0096]
(m1-m2)*tc＝m1*ts1-m2*ts2 s21-s11
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(7)
[0097]
图8a至图8f示出飞行时间(tof)的值的示例实施例。图8a示出tof是0的情况。图8b和图8c示出tof在0和tp/2之间的情况。图8d示出tof是tp/2的情况。图8e示出tof在tp/2和tp之间的情况。图8f示出tof是tp的情况。根据tof，交叉时间偏移tc可以是正值(例如，如图8a、图8b和图8c)、0(例如，如图8d)或负值(例如，如图8e和图8f)。在一个示例实施例中，时间偏移ts1和ts2可以被设置为负值，如图8f所示。
[0098]
可以使用参考时间tp和交叉时间偏移tc来确定tof，并且可以根据基于公式8所表示的tof来确定tof传感器和对象之间的距离。
[0099]
tof＝2*d/c＝tp/2
–
tc
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(8)
[0100]
其中d指示距离并且c指示光的速度。
[0101]
此外，在图8a至图8f中，sa指示根据环境光和深度像素的特性偏差的参考采样数据。即使在图8a至图8b中关于第一参考抽头ta和第二参考抽头tb，参考采样数据sa相等，参考采样数据也可能由于深度像素的偏移或增益偏差根据抽头而不同，并且参考采样数据的差异可能影响所计算的距离。
[0102]
在一些示例实施例中，可以用(例如，与通过校准处理的相应深度像素相对应的)补偿值来替换公式8中的参考时间tp，以补偿一个或多个深度像素的特性偏差。抽头信号的求和值s11 s12和s12 s22可以基本上恒定，并且抽头的偏移偏差可以不影响第一直线ln1的斜率m1和第二直线ln2的斜率m2以及时间偏移的变化。
[0103]
在一些示例实施例中，与第一采样操作相对应的第一时间偏移ts1和与第二采样操作相对应的第二时间偏移ts2可以被固定为适当的值。在一些示例实施例中，第二采样操作的第二时间偏移ts2可以根据第一采样操作的结果而变化。在一些示例实施例中，两个时间偏移ts1和ts2之差可以被设置为小于tp/2。
[0104]
图9是tof传感器中的具有两抽头结构的深度像素的电路实施例。图10是示出包括
图9的深度像素的tof传感器的操作的示例实施例作的时序图。图9示出每个抽头应用单独的光电门的两抽头结构。
[0105]
参考图9，深度像素px1可以包括：与第一抽头ta相对应的第一光电门pga和晶体管tma、ts和tt；与第二抽头tb相对应的第二光电门pgb和晶体管tmb、ts和tt；与读出电路相对应的晶体管trs、tsf和tsl；溢出栅极og和光电二极管pd。晶体管tma、tmb、ts、tt和trs中的每一个可以包括设置在半导体衬底上方的栅极以及在半导体衬底中的在栅极的相应侧处的源极区和漏极区。晶体管tma、tmb、ts、tt和trs的栅极分别与第一解调传输栅极tga、第二解调传输栅极tgb、存储栅极sg、浮置扩散(fd)传输栅极tg和复位栅极rg相对应。
[0106]
第一光电门信号spga施加给第一光电门pga，第二光电门信号spgb施加给第二光电门pgb，第一解调控制信号stga施加给第一解调传输栅极tga，第二解调控制信号stgb施加给第二解调传输栅极tgb，溢出栅极电压vog施加给溢出栅极og，存储控制信号ssg施加给存储栅极sg，fd传输控制信号stg施加给fd传输栅极tg，复位信号srg施加给复位栅极rg，以及选择信号sel施加给选择晶体管tsl的栅极。第一光电门信号spga和第二光电门信号spgb与上述具有不同相位的解调信号相对应。
[0107]
可以例如如参考图2所述地在控制器150的控制下从行扫描电路130提供解调信号spga和spgb、解调传输控制信号stga和stgb、溢出栅极电压vog、存储控制信号ssg、fd传输控制信号stg、复位信号srg和选择信号sel。
[0108]
存储栅极sg是在将光电荷传输到浮置扩散区fda和浮置扩散区fdb之前暂时地存储通过解调传输栅极tga和tgb从光电二极管pd传输的光电荷的电荷存储结构之一。在一些示例实施例中，电荷存储结构可以用存储栅极sg单独实现。在一些示例实施例中，电荷存储结构可以用存储栅极sg和在存储栅极sg下方的半导体衬底中形成的存储二极管来实现。使用这样的电荷存储结构，可以执行真正的相关双采样(cds)并且可以减小读出信号中的噪声。在一个示例实施例中，fd传输栅极tg和/或存储栅极sg可以被省略。
[0109]
存储在浮置扩散区fda和浮置扩散区fdb中的电荷可以作为输出信号(例如，使用源极跟随器晶体管tsf和选择晶体管tsl的采样数据soa和sob)来提供。
[0110]
参考图2、图9和图10，光源210可以在积分时间段tint期间生成根据调制频率调制的发射光tl，以收集由入射光生成的光电荷。行扫描电路130可以对与第一抽头ta相对应的第一光电门pga和与第二抽头tb相对应的第二光电门pgb分别施加第一光电门信号和第二光电门信号(例如，具有不同相位的第一解调信号spga和第二解调信号spgb)。
[0111]
施加给溢出栅极og的溢出电压vog可以在积分时间段tint期间具有截止电压电平voff，以阻止从光电二极管pd排出光电荷。解调传输控制信号stga和stgb以及存储控制信号ssg在积分时间段tint期间被激活。因此，通过第一解调信号spga和第二解调信号spgb收集的光电荷可以被分别存储在存储栅极sg下方的半导体衬底中。
[0112]
在其他时间段(例如，用于初始化深度像素px的复位时间段trst和用于测量在积分时间段tint期间所收集的光电荷的量的读出时间段trd)期间，溢出栅极电压vog可以具有导通电压电平von，以从光电二极管pd排出光电荷。所收集的光电荷可以在除了积分时间段tint之外的时间段trst和trd期间被排出到电源电压vdd的端子。因此，可以使用溢出栅极og来实现全局快门功能。
[0113]
在读出时间段trd期间的第一时间点t10处，当复位信号srg被去激活并且选择信
号sel被激活时，第一抽头ta的第一复位状态数据和第二抽头tb的第二复位状态数据可以分别通过列线输出。在读出时间段trd期间的第二时间点t11处，当fd传输控制信号stg被激活并且存储控制信号ssg1被去激活时，由存储栅极sg存储的光电荷可以传输到浮置扩散区fda和浮置扩散区fdb，并且第一抽头ta的第一采样数据soa和第二抽头tb的第二采样数据sob可以分别通过列线输出。
[0114]
图11是tof传感器中的具有两抽头结构的深度像素的电路实施例。图12是示出包括图11的深度像素的tof传感器的操作的示例实施例作的时序图。图11的深度像素px2可以例如与图9的深度像素px1类似。
[0115]
参考图11，深度像素px2包括公共光电门cpg而不是图9的深度像素px1的第一光电门pga和第二光电门pgb。在图11的深度像素px2的情况下，第一解调传输控制信号stga和第二解调传输控制信号stgb与上述解调信号相对应。
[0116]
参考图11和图12，在积分时间段tint期间，施加给公共光电门cpg的光电门电压vpg可以具有导致收集光电荷的dc电压电平vdc，并且施加给溢出栅极og1和溢出栅极og2的溢出栅极电压vog可以具有导致阻止排出光电荷的截止电压电平voff。dc电压电平vdc可以是解调信号stga和解调信号stgb的高电压电平vh与解调信号stga和解调信号stgb的低电压电平vl之间的电压电平。
[0117]
此外，在积分时间段tint期间，不同相位的第一解调信号stga和第二解调信号stgb可以分别施加给第一解调传输栅极tga和第二解调传输栅极tgb。第一解调信号stga的相位可以与发射光tl的相位同步。在一些示例实施例中，第一解调信号stga和第二解调信号stgb之间的相位差可以是大约180度。
[0118]
图13是示出实现tof的基于脉冲方案的操作的实施例的时序图。图14是示出tof的基于连续波的方案的操作的实施例的时序图。
[0119]
参考图13，图2中的光源210可以生成具有低于0.5的占空比的脉冲波作为发射光tl。在这种情况下，可由tof传感器测量的飞行时间(tof)的最大值可能受限于发射光tl中的脉冲的周期时间段tm。换言之，tof传感器可以测量0和c/(2*fm)之间的距离，其中c是光的速度并且fm是满足公式的发射光tl的调制频率：fm＝1/tm。
[0120]
在图13的这种脉冲方案中，可以执行搜索以确定用于将接收光rl的脉冲置于采样范围spl中的基础时间偏移，使得可以通过解调信号dem1和解调信号dem2来采样接收光rl。参考图15和图16描述示例。
[0121]
参考图14，图2中的光源210可以生成具有0.5的占空比的连续波作为发射光tl。在这种情况下，可由tof传感器测量的tof的最大值可能受限于发射光tl的周期时间段tm。此处，周期时间段tm可以满足公式：tm＝2*tp。换言之，tof传感器可以测量0和c*tp之间的距离，其中c是光的速度并且tp是与发射光tl的脉冲宽度相对应的参考时间。
[0122]
图15和图16是示出tof传感器的基础时间偏移的扫描方法的实施例的图。在图15中，示出了与第一抽头ta相对应的第一采样数据并且示出了与第二抽头tb相对应的第二采样数据，它们可以根据时间偏移来采样。在时间偏移小于tsa的区域中，第一采样数据和第二采样数据保持与参考采样数据sa相对应的值。在时间偏移在tsa和tsb之间的区域中，第一采样数据增大并且第二采样数据保持与参考采样数据sa相对应的值。在时间偏移在tsb和tsc之间的区域中，第一采样数据减小并且第二采样数据增大。在时间偏移在tsc和tsd之
间的区域中，第一采样数据保持与参考采样数据sa相对应的值并且第二采样数据减小。在时间偏移大于tsd的区域中，第一采样数据和第二采样数据保持与参考采样数据sa相对应的值。
[0123]
因此，在tsb和tsc之间的时间偏移的区域与可以存在交叉点cp的有效区域val相对应。因此，可以搜索用于将接收光rl的脉冲置于采样范围spl中的基础时间偏移，使得可以通过解调信号dem1和解调信号dem2来采样接收光rl。
[0124]
图16示出发射光tl的周期时间段tm是9tp并且飞行时间(tof)在6tp和7tp之间的示例情况。第一情况cs1与基础时间偏移0相对应并且第二情况cs2与基础时间偏移tb相对应。第一情况cs1与图15中的时间偏移小于tsa的区域相对应，使得接收光rl的脉冲未被包括在采样范围spl中。相反，第二情况cs2与有效区域val(例如，图15中的时间偏移在tsb和tsc之间的区域)相对应，使得接收光rl的脉冲被包括在采样范围spl中。
[0125]
在一些示例实施例中，为了搜索基础时间偏移tb，可以通过将发射光tl与解调信号dem1和解调信号dem2之间的时间偏移改变tp或tp/2来重复地执行采样操作，直到发现有效区域val。因此，可以搜索并确定发射光tl与解调信号dem1和解调信号dem2之间的基础时间偏移tb。
[0126]
在确定基础时间偏移tb以后，可以如上所述地通过执行与第一时间偏移tb ts1相对应的第一采样操作和与第二时间偏移tb ts2相对应的第二采样操作来确定交叉时间偏移。为了包括应用基础时间偏移tb的情况，公式8可以被泛化为如下公式9。
[0127]
tof＝2d/c＝tb (tp/2
–
tc)
ꢀꢀꢀ
(9)
[0128]
图17和图18是示出tof传感器的采样操作的示例实施例的图。参考图17和图18，解调信号dem1和解调信号dem2之间的时间偏移可以在单个积分时间段tint期间改变，以收集由入射光生成的光电荷。
[0129]
在一些示例实施例中，积分时间段tint可以被划分成多个子时间段并且可以将不同的时间偏移应用到子时间段。例如，如图17所示，积分时间段tint可以被划分成第一子时间段tsub1至第三子时间段tsub3。可以在第一子时间段tsub1中应用时间偏移ts-δ，可以在第二子时间段tsub2中应用时间偏移ts，并且可以在第三子时间段tsub3中应用时间偏移ts δ。在积分时间段tint之后，可以如上所述地读出采样数据。
[0130]
图18示出根据通过应用图17的方法所获得的时间偏移的采样数据的示例。如图18所示，可以基于通过利用多个时间偏移ts1-δ、ts1和ts1 δ的第一采样操作而获得的采样数据s11和s12并且基于通过利用多个时间偏移ts1-δ、ts1和ts1 δ的第二采样操作而获得的采样数据s21和s22，来确定与交叉点cp相对应的交叉时间偏移tc。
[0131]
在一些示例中，在每个采样操作的采样数据中可能存在偏差，因此交叉时间偏移tc的精度可以随着采样数量的增大而增加。然而，tof传感器的操作速度随着采样数量的增大而降低。如参考图17和图18的实施例所述，时间偏移可以在单个积分时间段tint中改变并且多个时间偏移的平均采样数据可以由单个读操作读出。因此，可以通过消除一个或多个特性偏差(例如，固定模式噪声、摆动噪声等)来提高距离测量的精度，而没有降低tof传感器的操作速度。
[0132]
图19和图20是示出用于tof传感器的距离测量的时间偏移的示例实施例的图。参考图19和图20，在这些实施例中，图2中的控制器150可以控制行扫描电路130，以改变发射
光tl与解调信号dem1和解调信号dem2之间的时间偏移。这可以通过改变解调信号dem1和解调信号dem2的脉冲宽度或占空比来实现。
[0133]
在图19中，第一情况cs1与第一解调信号dem1的脉冲宽度等于第二解调信号dem2的脉冲宽度的情况相对应。第二情况cs2与第一解调信号dem1的脉冲宽度小于第二解调信号dem2的脉冲宽度的情况相对应。第三情况cs3与第一解调信号dem1的脉冲宽度大于第二解调信号dem2的脉冲宽度的情况相对应。阴影线部分的面积与相应的采样数据成比例。接收光rl的脉冲宽度可以在第一情况cs1中在时间点tb1处、在第二情况cs2中在时间点tb2处和在第三情况cs3中在时间点tb3处被第一解调信号dem1和第二解调信号dem2划分。
[0134]
如图20所示，第一情况cs1的时间点tb1对应于时间偏移ts，第二情况cs2的时间点tb2对应于时间偏移ts-δ，并且第三情况cs3的时间点tb3对应于时间偏移ts δ。因此，可以通过改变解调信号dem1和解调信号dem2的脉冲宽度或占空比，来获得采样数据s11～s13和s21～s23，这与当改变时间偏移时的结果基本上相同。因此，可以通过减小施加给第一抽头ta的第一解调信号dem1的脉冲宽度并通过增大施加给第二抽头tb的第二解调信号dem2的脉冲宽度来减小时间偏移。
[0135]
图21是示出根据示例实施例的测量距离的方法的流程图，图22和图23是用于描述图21的方法的图的示例。
[0136]
参考图21，可以基于与多个时间偏移相对应的多个采样数据来确定对象的接近速度(s510)。可以基于接近速度来校正多个采样数据(s520)并且可以基于经校正的多个采样数据来校正交叉时间偏移(s530)。
[0137]
在图22中，p0指示tof传感器的位置，p1指示当执行与第一时间偏移ts1相对应的第一采样操作时在时间点t1处的对象的位置，并且p2指示当执行与第二时间偏移ts2相对应的第二采样操作时在时间点t2处的对象的位置。例如，当对象接近tof传感器时，在时间点t2处的距离d2小于在时间点t1处的距离d1。当对象正在移动时，采样数据可以根据tof传感器和对象之间的距离而变化，并且与交叉点cp相对应的交叉时间偏移tc可以受变化的采样数据影响。换言之，(与基于与第一时间偏移ts1相对应的采样数据s11和s21和与第二时间偏移ts2相对应的采样数据s12和s22的直线ln1和直线ln2的原始交叉点cp相对应的)原始的交叉时间偏移tc可以不反映准确的飞行时间。由对象反射的接收光rl的强度可以与距离的平方成反比，如由公式10所示。
[0138]
s11 s21＝k/d12[0139]
s12 s22＝k/d22ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0140]
在公式10中，s11 s21与时间点t1处的采样数据之和相对应，s12 s22与时间点t2处的采样数据之和相对应，k指示例如取决于传播光的介质、对象的反射系数等的常数。可以基于公式10获得时间点t1和时间点t2之间的距离差d1-d2，并且可以基于公式11获得对象的接近速度。
[0141]
va＝(d1-d2)/(t1-t2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0142]
图23示出包括第一校正采样数据s11’和s21’的示例，通过校正与第一时间偏移ts1相对应的采样数据s11和s21来获得所述第一校正采样数据s11’和s21’，使得校正采样数据s11’和s21’可以归一化到与第二时间偏移ts2相对应的采样数据s12和s22。在这种情况下，第二校正采样数据s12’和s22’可以等于采样数据s12和s22。可以基于第一校正采样
数据s11’和s12’和第二校正采样数据s21’和s22’来确定校正直线ln1’和ln2’以及校正交叉点cp’。基于原始采样数据s11、s12、s21和s22的原始交叉时间偏移tc可以被校正为校正交叉时间偏移tc’。
[0143]
图24是tof传感器中具有四抽头结构的深度像素px3的电路实施例。图25是示出包括图24的深度像素的tof传感器的示例操作的时序图。图24示出每个抽头应用单独的光电门的四抽头结构。
[0144]
参考图24，深度像素px3可以包括：与第一抽头ta相对应的第一光电门pga和晶体管tma、ts1和tt1；与第二抽头tb相对应的第二光电门pgb和晶体管tmb、ts1和tt1；与第三抽头tc相对应的第三光电门pgc和晶体管tmc、ts2和tt2；与第四抽头td相对应的第四光电门pgd和晶体管tmd、ts2和tt2；与读出电路相对应的晶体管trs1、trs2、tsf1、tsf2、tsl1和tsl2；以及与共享电路相对应的溢出栅极og和光电二极管。晶体管tma、tmb、tmc、tmd、ts1、ts2、tt1、tt2、trs1和trs2中的每一个可以包括设置在半导体衬底上方的栅极和设置在半导体衬底中的在栅极的相应侧处的源极区和漏极区。晶体管tma、tmb、tmc、tmd、ts1、ts2、tt1、tt2、trs1和trs2的栅极可以分别与第一解调传输栅极tga、第二解调传输栅极tgb、第三解调传输栅极tgc、第四解调传输栅极tgd、存储栅极sg、fd传输栅极tg、以及复位栅极rg1和rg2相对应。
[0145]
第一至第四光电门信号spga～spgd施加给第一至第四光电门pga～pgd，溢出栅极电压vog施加给溢出栅极og，存储控制信号ssg1和ssg2施加给存储栅极sg1和sg2，解调传输控制信号stga～stgd施加给解调传输栅极tga～tgd，fd传输控制信号stg1和stg2施加给fd传输栅极tg1和tg2，复位信号srg1和srg2施加给复位栅极rg1和rg2，并且选择信号sel1和sel2施加给选择晶体管tsl1和tsl2的栅极。第一至第四光电门信号spga～spgd上述具有不同相位的解调信号相对应。
[0146]
可以如上面参考图2所述地在控制器150的控制下从行扫描电路130提供光电门信号spga～spgd、溢出栅极电压vog、解调传输控制信号stga～stgd、存储控制信号ssg1和ssg2、fd传输控制信号stg1和stg2、复位信号srg1和srg2、以及选择信号sel1和sel2。
[0147]
参考图2、图24和图25，在距离检测模式下，光源210可以在积分时间段tint期间生成根据调制频率调制的发射光tl，以收集由入射光生成的光电荷。行扫描电路130可以将第一至第四采样控制信号(例如，具有不同相位的第一至第四光电门信号spga～spgd)施加给与第一至第四抽头ta～td相对应的第一至第四光电门pga～pgd。
[0148]
施加给溢出栅极og的溢出电压vog可以具有截止电压电平voff，以在积分时间段tint期间阻止从光电二极管pd排出光电荷。解调传输控制信号stga～stgd和存储控制信号ssg1和ssg2在积分时间段tint期间被激活。因此，根据第一至第四光电门信号spga～spgd所收集的光电荷可以被分别存储在存储栅极sg1和sg2下方的半导体衬底中。
[0149]
在其他时间段(例如，用于初始化深度像素px1的复位时间段trst和用于测量在积分时间段tint期间所收集的光电荷的量的读出时间段trd)期间，溢出栅极电压vog可以具有导通电压电平von以从光电二极管pd排出光电荷。所收集的光电荷可以在除了积分时间段tint之外的时间段trst和trd期间被排出到电源电压vdd的端子。因此，全局快门功能可以使用溢出栅极og来实现。
[0150]
在读出时间段trd期间的第一时间点t10处，当复位信号srg1被去激活并且选择信
号sel1被激活时，第一抽头ta的第一复位状态数据和第二抽头tb的第二复位状态数据可以分别通过列线col1和col2输出。在读出时间段trd期间的第二时间点t11处，当fd传输控制信号stg1被激活并且存储控制信号ssg1被去激活时，由存储栅极sg存储的光电荷可以传输到浮置扩散区fda和浮置扩散区fdb，并且第一抽头ta的第一采样数据soa和第二抽头tb的第二采样数据sob可以分别通过列线col1和col2输出。
[0151]
在读出时间段trd的第三时间点t20处，当复位信号srg2被去激活并且选择信号sel2被激活时，第三抽头tc的第三复位状态数据和第四抽头td的第四复位状态数据可以分别通过列线col2和col1输出。在读出时间段trd期间的第四时间点t21处，当fd传输控制信号stg2被激活并且存储控制信号ssg2被去激活时，由存储栅极sg存储的光电荷可以传输到浮置扩散区fdc和fdd，并且第三抽头tc的第三采样数据soc和第四抽头td的第四采样数据sod可以分别通过列线col2和col1输出。
[0152]
图26是tof传感器中的具有四抽头结构的深度像素的电路实施例。图27是示出包括图26的深度像素的tof传感器的示例操作的时序图。图26的深度像素px4可以类似于图24的深度像素px3。
[0153]
参考图26，深度像素px4包括公共光电门cpg(而不是图24的深度像素px3的第一至第四光电门pga～pgd)。在图26的深度像素px4的情况下，第一至第四解调传输控制信号stga～stgd可以对应于上述解调信号。
[0154]
参考图26和图27，在积分时间段tint期间，施加给公共光电门cpg的光电门电压vpg可以具有导致收集光电荷的dc电压电平vdc。施加给溢出栅极og1和溢出栅极og2的溢出栅极电压vog可以具有导致阻止排出光电荷的截止电压电平voff。dc电压电平vdc可以是解调信号stga～stgd的第一预定(例如，高)电压电平vh和解调信号stga～stgd的第二预定(例如，低)电压电平vl之间的电压电平。
[0155]
此外，在积分时间段tint期间，不同相位的第一至第四解调信号stga～stgd可以分别施加给第一解调传输栅极至第四解调传输栅极tga～tgd。在一个示例实施例中，第一解调信号stga和第二解调信号stgb之间的相位差可以是大约90度，第一解调信号stga和第三解调信号stgc之间的相位差可以是大约180度，并且第一解调信号stga和第四解调信号stgd之间的相位差可以是大约270度。
[0156]
图28和图29是示出根据示例实施例的tof传感器的时间偏移的图。在图28和图29中，示出了关于四抽头结构的以下内容：发射光tl、与任意飞行时间tof相对应的接收光rl、以及与第一抽头至第四抽头相对应的第一至第四解调信号dem1～dem4的定时。图28示出时间偏移ts是0的情况并且图29示出时间偏移ts具有正值的情况。
[0157]
参考图28和图29，发射光tl的脉冲宽度和多个解调信号的脉冲宽度可以作为参考时间tp基本上彼此相等。第一解调信号dem1的下降沿和第二解调信号dem2的上升沿可以在时间点tb1处同步，第二解调信号dem2的下降沿和第三解调信号dem3的上升沿可以在时间点tb2处同步，并且第三解调信号dem3的下降沿和第四解调信号dem4的上升沿可以在时间点tb3处同步。
[0158]
接收光rl的脉冲可以在时间点tb1处由第一解调信号dem1和第二解调信号dem2的脉冲划分，例如，如图28和图29所示。在这种情况下，第一抽头可以对应于第一参考抽头并且第二抽头可以对应于第二参考抽头。根据tof，接收光rl的脉冲可以在时间点tb2处由第
二解调信号dem2和第三解调信号dem3的脉冲划分，或者接收光rl的脉冲可以在时间点tb3处由第三解调信号dem3和第四解调信号dem4的脉冲划分。在一些示例实施例中，第一至第四解调信号dem1～dem4的脉冲宽度可以被设置为彼此不同。
[0159]
如图28所示，当时间偏移ts是0时，与发射光tl的上升沿相对应的时间点t0’可以与同第一解调信号dem1的上升沿相对应的时间点t0一致。作为比较，如图29所示，当时间偏移ts具有正值时，与发射光tl的上升沿相对应的时间点t0’可以滞后于与第一解调信号dem1的上升沿相对应的时间点t0。当时间偏移ts具有负值时，与发射光tl的上升沿相对应的时间点t0’可以领先于与第一解调信号dem1的上升沿相对应的时间点t0。
[0160]
可以通过如图28所示地将时间偏移ts设置为0来执行第一采样操作。在这种情况下，通过第一解调信号dem1采样的数据与(tb1-ta)相对应并且通过第二解调信号dem2采样的数据与(tc-tb1)相对应。可以通过如图29所示地将时间偏移ts设置为正值来执行第二采样操作。在这种情况下，通过第一解调信号dem1采样的数据与(tb1-ta’)相对应并且通过第二解调信号dem2采样的数据与(tc
’‑
tb1)相对应。因此，可以基于与多个时间偏移相对应的多个采样数据，来确定交叉时间偏移，例如，如参考图7和图8f所述。
[0161]
在一些示例实施例中，可以通过改变发射光tl的延迟量(或相位)和/或解调信号dem1～dem4的延迟量来改变时间偏移ts。图2中的光源210和/或行扫描电路130可以包括或被耦接到延迟电路，以基于来自控制器150的控制信号来调整发射光tl和/或解调信号dem1～dem4的相位。可以通过增大发射光tl的延迟量或通过减小解调信号dem1～dem4的延迟量来增大时间偏移ts。换言之，可以通过减小发射光tl的延迟量或通过增大解调信号dem1～dem4的延迟量来减小时间偏移ts。
[0162]
图30是示出根据示例实施例的根据tof传感器的时间偏移的采样数据的图。参考图30，当tof在0和tp之间时，可以基于与第一抽头ta和第二抽头tb的时间偏移ts1和ts2相对应的采样数据来确定与交叉点cp1相对应的交叉时间偏移tc1。换言之，当tof在0和tp之间时，第一抽头ta对应于第一参考抽头并且第二抽头tb对应于第二参考抽头。
[0163]
当tof在tp和2tp之间时，可以基于与第二抽头tb和第三抽头tc的时间偏移tp ts1和tp ts2相对应的采样数据来确定与交叉点cp2相对应的交叉时间偏移tc2。换言之，当tof在tp和2tp之间时，第二抽头tb对应于第一参考抽头并且第三抽头tc对应于第二参考抽头。
[0164]
当tof在2tp和3tp之间时，可以基于与第三抽头tc和第四抽头td的时间偏移2tp ts1和2tp ts2相对应的采样数据来确定与交叉点cp3相对应的交叉时间偏移tc3。换言之，当tof在2tp和3tp之间时，第三抽头tc对应于第一参考抽头并且第四抽头td对应于第二参考抽头。
[0165]
因此，当深度像素具有包括第一抽头至第四抽头的四抽头结构时，根据tof传感器和对象之间的距离，可以将第一至第四抽头ta～td之一确定为第一参考抽头并且可以将第一至第四抽头ta～td中的另一个确定为第二参考抽头。
[0166]
当深度像素具有四抽头结构时，可以基于第一至第四抽头ta～td中的除了第一参考抽头和第二参考抽头以外的两个抽头的采样数据，来校正第一参考抽头和第二参考抽头的采样数据。当tof在tp和2tp之间(例如，在图30中当tof在tp和2tp之间)时，第二抽头tb对应于第一参考抽头并且第三抽头tc对应于第二参考抽头。在这种情况下，第一抽头ta和第四抽头td的采样数据与参考采样数据sa相对应。可以通过从与第一参考抽头和第二参考抽
头相对应的第二抽头tb和第三抽头tc的采样数据减去第一抽头ta和第四抽头td的参考采样数据sa来获得校正采样数据。距离测量的精度因此可以基于校正采样数据而进一步提高。
[0167]
图31是示出根据示例实施例的tof传感器的基础时间偏移的扫描方法的图。在图31中，分别示出与第一抽头至第四抽头ta～td相对应的根据时间偏移采样的第一至第四采样数据。
[0168]
在时间偏移小于tsa的区域中，第一至第四采样数据可以保持与参考采样数据sa相对应的值。
[0169]
在时间偏移在tsa和tsb之间的区域中，第一采样数据可以增大并且第二采样数据至第三采样数据可以保持与参考采样数据sa相对应的值。
[0170]
在时间偏移在tsb和tsc之间的区域中，第一采样数据可以减小，第二采样数据可以增大，并且第三采样数据和第四采样数据可以保持与参考采样数据sa相对应的值。
[0171]
在时间偏移在tsc和tsd之间的区域中，第二采样数据可以减小，第三采样数据可以增大，并且第一采样数据和第四采样数据可以保持与参考采样数据sa相对应的值。
[0172]
在时间偏移在tsd和tse之间的区域中，第三采样数据可以减小，第四采样数据可以增大，并且第一采样数据和第二采样数据可以保持与参考采样数据sa相对应的值。
[0173]
在时间偏移在tse和tsf之间的区域中，第一采样数据至第三采样数据可以保持与参考采样数据sa相对应的值并且第四采样数据可以减小。
[0174]
在时间偏移大于tsf的区域中，第一采样数据至第四采样数据保持与参考采样数据sa相对应的值。
[0175]
因此，时间偏移在tsb和tse之间时的区域可以对应于可以存在交叉点cp的有效区域val。因此，例如根据图15和图16的实施例，可以搜索基础时间偏移以将接收光rl的脉冲置于采样范围spl中，使得可以通过解调信号dem1和解调信号dem2来采样接收光rl。
[0176]
图32是示出包括根据示例实施例的tof传感器的计算系统1000的框图。
[0177]
参考图32，计算系统1000可以包括处理器1010、存储器设备1020、存储设备1030、输入/输出(i/o)设备1040、电源1050和/或tof传感器100。在实施例中，计算系统1000还可以包括用于与诸如例如视频卡、声卡、存储卡、usb设备之类的电子设备进行通信的端口。
[0178]
处理器1010可以执行特定的计算和/或任务，并且例如处理器1010可以是微处理器、中央处理单元(cpu)、数字信号处理器或另一类型的处理结构。处理器1010可以经由地址总线、控制总线和/或数据总线与存储器设备1020、存储设备1030和输入/输出设备1040通信。处理器1010可以被耦接到诸如例如外围组件互连(pci)总线之类的扩展总线。存储器设备1020可以存储用于操作计算系统1000的数据。
[0179]
存储器设备1020可以例如被实现为动态随机存取存储器(dram)、移动dram、静态随机存取存储器(sram)、相变随机存取存储器(pram)、电阻随机存取存储器(rram)、纳米浮栅存储器(nfgm)、聚合物随机存取存储器(poram)、磁随机存取存储器(mram)、铁电式随机存取存储器(fram)等。
[0180]
存储设备1030可以包括例如固态驱动器、硬盘驱动器、cd-rom等。输入/输出设备1040可以包括诸如例如键盘、鼠标、小键盘等的输入设备和诸如例如打印机、显示设备等的输出设备。电源1050可以向计算设备1000供电。
[0181]
tof传感器100可以经由一个或多个总线和/或一个或多个其他通信链路被耦接到处理器1010。tof传感器100可以与处理器1010集成在同一芯片中，或者tof传感器100和处理器1010可以集成在各自的芯片中。根据本文描述的实施例，tof传感器100可以使用基于与不同时间偏移相对应的采样数据而确定的交叉时间偏移来提高距离测量的精度。
[0182]
根据一个实施例，一种装置包括存储区域和至少一个处理器。装置可以对应于飞行时间传感器或飞行时间传感器的一个或多个元件。一个或多个元件可以包括例如图1所示的控制器150或本文描述的实施例的一个或多个其他元件。至少一个处理器可以包括控制器150、感测单元、和/或与飞行时间传感器耦接的处理器。当至少一个处理器包括控制器150时，存储区域可以与例如图1所示的存储区域151相对应或可以是在另一位置处的存储区域。
[0183]
存储区域被配置为存储要由至少一个处理器执行的指令。存储区域可以是非暂时性计算机可读介质，例如，易失性或非易失性存储器。当执行指令时，至少一个处理器可以执行与本文描述的实施例中的任意实施例相对应的操作。例如，在一个实施例中，至少一个处理器可以执行指令，以生成发射光和解调信号之间的时间偏移、生成与时间偏移相对应的采样数据、基于第一参考抽头的采样数据基本上等于第二参考抽头的采样数据来确定交叉时间偏移、以及基于交叉时间偏移来确定飞行时间传感器和对象之间的距离。可以从包括第一参考抽头和第二参考抽头的飞行时间传感器输出发射光，并且可以如本文所述地照射对象。此外，如根据前述实施例所述，可以基于从对象反射的发射光(例如，接收光)导出解调信号和采样数据。如之前所述，解调信号可以具有不同相位。
[0184]
本文所述的方法、过程和/或操作可以通过要由计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备执行的代码或指令来执行。计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备可以是本文描述的元件或除了本文描述的元件以外的元件。因为详细描述了形成方法(或计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备的操作)的基础的算法，所以用于实现方法实施例的操作的代码或指令可以将计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备转换成用于执行本文中的方法的专用处理器。
[0185]
而且，另一实施例可以包括用于存储上述代码或指令的计算机可读介质，例如非暂时计算机可读介质。计算机可读介质可以是易失性或非易失性存储器或其他存储设备，其可以可移除地或固定地耦接到用于执行本文的装置实施例的操作或方法实施例的代码或指令的计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备。
[0186]
本文描述的实施例的控制器、处理器、设备、模块、单元、转换器、设备、传感器、复用器、生成器、逻辑、接口、解码器、驱动器、生成器和其他信号生成和信号处理特征可以例如在可以包括硬件、软件或两者的非暂时性逻辑中实现。当至少部分地在硬件中实现时，控制器、处理器、设备、模块、单元、转换器、器件、传感器、复用器、生成器、逻辑、接口、解码器、驱动器、生成器和其他信号生成和信号处理特征可以是例如多种集成电路中的任何一种，包括但不限于专用集成电路、现场可编程门阵列、逻辑门的组合、片上系统、微处理器或另一类型的处理或控制电路。
[0187]
当至少部分地在软件中实现时，控制器、处理器、设备、模块、单元、转换器、器件、传感器、复用器、生成器、逻辑、接口、解码器、驱动器、生成器和其他信号生成和信号处理特征可以包括例如用于存储要由例如计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备
执行的代码或指令的存储器或其他存储设备。计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备可以是本文描述的元件或除了本文描述的元件以外的元件。因为详细描述了形成方法(或计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备的操作)的基础的算法，所以用于实现方法实施例的操作的代码或指令可以将计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备转换为用于执行本文描述的方法的专用处理器。
[0188]
本发明构思的实施例可以应用于任何电子设备和系统。示例包括但不限于存储卡、固态驱动器(ssd)、嵌入式多媒体卡(emmc)、通用闪存(ufs)、移动电话、智能电话、个人数字助手(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、数字相机、录像机、个人计算机(pc)、服务器计算机、工作站、膝上型计算机、数字tv、机顶盒、便携式游戏机、导航系统、可穿戴设备、物联网(iot)设备、万物网(ioe)设备、电子书、虚拟现实(vr)设备、增强现实(ar)设备、用于车辆的导航系统、监测系统、自动聚焦系统、跟踪系统、运动检测系统等。
[0189]
上述内容是对示例实施例的说明，而不应被解释为对其的限制。尽管已经描述了一些示例实施例，但本领域技术人员将容易地理解，可能存在本质上不脱离本发明构思的示例实施例的许多修改。