飞行时间传感器的制作方法

飞行时间传感器


背景技术：

1.飞行时间(tof)传感器是通过发射光和检测来自目标的光的反射来确定到目标的距离的传感器。飞行时间传感器可以是直接飞行时间传感器，它直接测量发射和反射的检测之间的时间，或者是间接时间飞行时间传感器，其发射调制的光并且间接测量发射和反射的检测之间的时间，这通过测量发射光和检测到的反射之间的相位差实现。
2.在飞行时间传感器中，并非所有传感器检测到的光最初都是由传感器发出、然后从目标反射出来的。传感器还可以检测来自环境中其他来源的光和/或来自目标以外的物体反射的光，这可能会产生背景噪音。传感器检测到的光不是传感器发射并从目标反射的光，这有时被称为光学串扰。
3.飞行时间传感器的发射器和检测器被透明盖子(如玻璃板)包围。在飞行时间传感器中，发射器和检测器位于由单独的透明盖子覆盖的单独的相邻腔内。在其他飞行时间传感器中，发射器和检测器都位于单个透明盖的下方，要么位于同一腔室中，要么位于共享盖板后面的单独腔室中。
4.在只有一个透明盖的飞行时间传感器中，光学串扰的主要来源是来自发射器的光，其在盖子或盖子上的污染(有时称为污渍或污渍)上反射。在传感器中(发射器和检测器位于单个盖子之下的独立腔室中)，来自发射器的光可能完全在盖子内部反射以到达发射器，从而导致光学串扰。由于盖子靠近发射器和检测器，因此从盖子反射的光学串扰将传播相对较短的距离，因此将被记录为具有相对较短的飞行时间。
5.这种光学串扰的存在可能会阻止飞行时间传感器准确确定目标何时存在(特别是在靠近传感器本身的范围内)和/或阻止使用传感器对目标进行准确的距离测量。


技术实现要素：

6.根据一个实例，提供了一种使用飞行时间传感器测量距离的方法，该飞行时间传感器包括覆盖光发射器和一个或多个光电检测器的基本上透明的盖子。该方法包括从光发射器发射一系列光脉冲；并且使用所述一个或多个光电检测器来获得时间分布，在所述时间上，所述一个或多个光电检测器中的至少一个光电检测器在所述一系列光脉冲的每次发射之后检测到光子。该方法进一步包括：如果时间分布仅包括单个峰，则分析单个峰以确定单个峰是否包括从目标反射的光子计数。如果单个峰包括从目标反射的光子计数，则该方法进一步包括测量在参考时间和单个峰的点之间的间隔(separation)。
7.该方法有利地允许将飞行时间的测量用于检测和测量到目标的距离，所述目标的反射在其他情况下难以与来自传感器的盖子和/或其上的材料的反射区分开来。
8.时间分布(在所述时间上，所述一个或多个光电检测器中的至少一个光电检测器在所述一系列光脉冲的每次发射之后检测到光子)可能包括光学串扰，其可能包括来自光发射器以外的来源的背景或噪声光和/或从光发射器发射并从其上的盖子或材料反射的光。如果在至少一个光电检测器的范围和视野内不存在物体，则分布可以包括背景噪声连同在某一时间出现的单个峰，该时间对应于由光发射器发出的光子在盖子或其上的材料上
反射以被至少一个光电检测器之一检测所花费的时间。
9.在执行所述方法时，如果至少一个光电检测器在系列光脉冲的每次发射之后检测到光子的时间分布包括两个或更多个单独的峰，则可以假设最早峰或者说首个峰仅通过来自盖子的光学串扰反射产生，并且可以假设一个或多个稍后峰通过来自目标的反射产生。最早峰包括来自靠近盖子的目标的反射的可能性可以被排除，因为这样的目标会阻挡来自其他更远目标的光，防止随后的单独峰。
10.在这种情况下，所述目标的反射产生一个或多个稍后的单独峰，可以通过测量最早峰和稍后的单独峰之间的时间区间来确定到目标的距离。这种时间上的间隔将是在盖子上反射后检测到的光子与在目标上反射后检测到的光子之间的传播时间的差。时间上的间隔可以乘以光速的一半以获得盖子和目标之间的距离。
11.相反，如果分布仅包括单个峰，则该峰可能是由于光从盖子或其上的材料反射，或者可能既是由于光从盖子或其上的材料的反射也由于光从靠近盖子的目标反射，使得在其他情况下间隔开的盖子反射峰和目标峰重叠并组合形成单个峰。
12.在该方法中，分析这样的单个峰以确定它是否包括从目标反射的光子的计数。这优选通过将单个峰的一个或多个方面(例如其量级和/或其发生的时间)与仅包括来自其盖子和/或其上的材料的反射的峰的一个或多个参考参数进行比较来实现。
13.如果单个峰确实包括从目标反射的光子计数，则不能如上所述地测量的峰之间的间隔。相反，测量参考时间(其优选对应于从盖子反射的光的预先测量的传播时间)和单个峰的点之间的间隔。
14.因此，该方法有利地允许测量到足够靠近盖子的目标的距离，该目标与盖子足够近，以至于目标的反射与因从盖子的反射所造成的光学串扰发生重叠。
15.飞行时间传感器包括覆盖光发射器和一个或多个光电检测器的基本上透明的盖子。
16.传感器包括覆盖发射器和一个或多个光电检测器的盖子或窗口，其至少基本上是透明的并且可以是完全透明的。该方法可用于测量由于由光发射器发射并反射自盖子和/或其上的材料的光的反射而产生的光学串扰。
17.发射器和所述一个或多个光电检测器可以位于盖子下方的共享凹槽或腔中，或者发射器可以位于盖子下方的第一凹槽或腔中，并且所述一个或多个光电检测器可以位于盖子下方的第二凹槽或腔中。盖子最好是透明的，可以由玻璃或塑料制成。
18.盖子可以保护一个或多个光电检测器和光发射器免受冲击、污垢或碎片，并且可以为传感器提供额外的光学过滤。在使用中，当发射光脉冲以执行飞行时间和/或校准测量时，一些光可能从盖子反射到一个或多个光电检测器。
19.在发射器和一个或多个光电检测器位于盖子下方的单独的腔或凹槽中的实施例中，或者在发射器和共享的凹槽或腔室内的一个或多个光电检测器之间提供屏障的实施例中，光可能无法通过从盖子的位于腔或凹槽内的外表反射到一个或多个光电检测器。然而，来自发射器的光可以在盖子内进行完全内部反射，并且因此在单独的凹槽或腔之间通过盖子的内部传递到一个或多个光电检测器。
20.在发射器和光电检测器在相同的凹槽或腔内并且不分离的实施例中，光可以从盖子的外表反射并且在盖子内完全内部反射以到达一个或多个光电检测器。
21.从盖子和/或其上的材料反射的光子将在其从发射器发射之后较早地被检测到。在某些实施例中，当分布包括多个单独的峰时，可以使用这些光子被检测到的时间为飞行时间距离测量提供零距离(因为目标和盖子玻璃之间的距离可以基本上对应于目标和飞行时间传感器的外表之间的距离)。
22.所述一个或多个光电检测器优选地检测其上的光子事件和/或优选地布置成检测由发射器发射并从一个或多个目标反射的光子。
23.由传感器包含的一个或多个光电检测器优选是多个光电检测器，每个光电检测器可以分别且独立地检测光子。例如，所述一个或多个光电检测器可以是光电检测器阵列。
24.在优选的实施例中，多个光电检测器可以用于获得多个分布，每个分布是多个光电检测器中的至少一个光电检测器在系列光脉冲的每次发射一之后检测到光子的时间分布。
25.该方法优选地进一步包括，如果任何一个分布仅包括单个峰，则分析单个峰以确定单个峰是否包括从目标反射的光子计数，并且如果单个峰中的任何一个包括从目标反射的光子计数，测量参考时间和这些单个峰的点之间的间隔。
26.多个分布优选地是不同的光电检测器或相关联的光电检测器组在每次发射之后检测到光子的时间分布。在某些实施例中，由传感器包含的多个光电检测器中的每一个被包括在多个分布中的一个中。
27.多个分布中的一个、一些或全部可能是单个光电检测器检测到光子的时间分布。备选或补充地，多个分布中的一个、一些或全部可能是一组相关联的光电检测器检测到光子的时间分布。单个光电检测器或相关联的光电检测器组可以是阵列的像素的光电检测器。如果至少一光电检测器是多个光电检测器，则所述多个光电检测器可以物理地组合在一起，例如包括阵列内的相邻光电检测器的区块。
28.在某些实施例中，光电检测器是否以这种方式分组或者它们包含在哪个组或像素中可以是可重新配置的，例如，改变每组或像素所包含的光电检测器的数量，用以改变光电检测器阵列的分辨率和由每组相关联的光电检测器检测到的光子的数量。
29.该传感器包括多个光电检测器并且用于获得多个时间分布，在所述时间上，在每次发射之后不同的单个光电检测器或相关联的光电检测器组可以允许传感器作为飞行时间相机或发挥飞行时间相机的功能和/或产生具有多个像素的范围图像，每个像素具有从一个或多个不同光电检测器检测到光子的不同时间分布导出的相关距离测量。
30.如果至少一个光电检测器(其中至少一个光电检测器检测到光子的时间分布)是多个或一组相关联的光电检测器，则时间分布优选地是这些光电检测器中的任何一个在每次发射光脉冲之后检测到光子的时间分布。
31.飞行时间传感器可以包括一个或多个无源光学元件，其可以用于聚焦和/或布置成聚焦入射光(例如从目标反射的光)到一个或多个光电检测器上。例如，飞行时间传感器可以包括布置成将入射光聚焦到一个或多个光电检测器上的透镜。所述一个或多个无源光学元件可以在所述一个或多个光电检测器和所述盖的中间，或者可以由所述盖子构成或与所述盖子一体式形成。
32.飞行时间传感器可以包括一个或多个光学滤波器，其可以布置成过滤一个或多个光电检测器上的光事件。例如，飞行时间传感器可以包括一个或多个介于一个或多个光电
检测器和盖子之间的光学滤波器，或者介于一个或多个光电检测器和诸如透镜的无源光学元件之间。
33.所述一个或多个光电检测器可以布置成邻近和/或靠近光发射器，例如，在相同的凹槽或腔内，或在相邻的凹槽或腔内，优选地在如上所述的共享盖之下。光电检测器优选布置成检测由光发射器发射并从目标反射的光；例如，光电检测器可以包括与光发射器朝向相同方向的检测元件或表面。
34.飞行传感器的时间优选是飞行传感器的直接时间，其可以直接地、例如通过发射器和一个或多个光电检测器的同步来测量光脉冲的发射和随后光子的接收(在测量步骤之一中)之间的时间。传感器可以包括驱动电子器件，其可以提供用于控制和同步发射器和一个或多个光电检测器的高速信号。
35.或者，飞行传感器的时间可以是飞行传感器的间接时间。可以调制发射的光脉冲，并且光电检测器可以检测在其上发生的光脉冲，并且检测光脉冲的检测到的波形和发射的波形之间的相位差。例如，由光电检测器检测到的光的波形可以与光电检测器波形相关联(例如，其调制光电检测器的增益)。这可以产生相关波形，可以对其进行采样以计算发射和检测波形之间的相位差。该相位延迟可以对应于并且可以转换为传播的距离或时间。
36.该方法包括从光发射器发射一系列光脉冲。
37.光的脉冲优选地具有相等或基本上相等的持续时间(例如，持续500皮秒)，并且连续光脉冲之间的时间间隙优选地具有基本上相等的持续时间。例如，每个光脉冲可以在一系列检测周期中或相对于其中一个检测周期在相同的时间点发射，每个检测周期的持续时间相等。
38.发射的光脉冲优选为固定波长，并且光发射器优选为激光器，例如半导体激光二极管。在某些实施例中，光发射器可以是垂直腔面发射激光器(vcsel)。在光发射器仅发射特定波长的光的实施例中，光电检测器可以仅检测该波长或周围的入射光子，这可以最小化由光电检测器检测到的背景光子的数量，该背景光子不是来自光发射器。
39.该系列光脉冲可以包括超过50,000个光脉冲，或超过75,000个光脉冲，超过100,000个光脉冲，超过250,000个光脉冲，超过500,000个光脉冲，或超过750,000个光脉冲。
40.系列中的光脉冲数量可以是可变的。例如，传感器可以在一个或多个低功率和/或短测量持续时间模式下操作，具有相对低数量的光脉冲，并且可以在具有相对高数量的光脉冲的模式下操作，以确保在一个或多个分布中获得显著的峰。例如，可以使用80,000和800,000个光脉冲之间的任意多个光脉冲来连续执行该方法。
41.发射一系列光脉冲并在每次发射后使用所述一个或多个光电检测器检测光子，这允许所述一个或多个光电检测器中的每一个检测大量光子以及在每次发射后获得至少一个光电检测器检测到光子的时间的一个或多个分布。
42.可能需要重复测量步骤，因为光电检测器在检测到第一个光子之后可能无法在一段时间内检测到第二个光子，因此每个光电检测器在单个测量步骤期间可能检测到的光子计数可能是有限的，可能导致不准确的分布。
43.该方法进一步包括使用所述一个或多个光电检测器来获得时间分布，在所述时间分布中，所述一个或多个光电检测器中的至少一个光电检测器在每次发射一系列光脉冲之后检测到光子。
44.所述一个或多个光电检测器中的一个、部分或全部可以是光电二极管或用于检测光子发生在其上的其他传感器。一个、部分或全部光电检测器可以是单光子雪崩二极管(spad)，其可以在检测到光子时产生大的短持续时间雪崩电流。在优选的实施例中，一个或多个光电检测器中的每一个是单光子雪崩二极管(spad)。
45.包含在所述分布或每个分布内的由至少一个光电检测器(例如上面描述的单个光电检测器或相关光电检测器组)检测到光子的时间可以(除了包括该系列光脉冲的每次发射之后的时间)还包括在该系列光脉冲的每次发射期间和/或之前的时间。
46.例如，所述的或每一个时间分布优选地是至少一个光电检测器(例如上面描述的单个光电检测器或相关联的光电检测器组)在每次光脉冲发射之前、期间和之后检测到光子的时间分布。
47.包括至少一个光电检测器在为至少一个光电检测器获得的分布中的光脉冲的每次发射期间和/或之前检测到光子的时间可以有利地允许光子检测的背景或噪声水平(例如每单位时间的光子检测的背景或噪声频率)(不包括被反射的已发射光子)更准确地被确定。这可以促进检测从目标或其他结构反射的光子，例如通过有助于确定检测阈值。
48.至少一个光电检测器检测到光子的时间——包括在所述或每个分布内——可以与系列光脉冲的发射之一和/或与检测到光子的检测周期相关。在优选的实施例中，至少一个光电检测器检测到的光子与在检测到光子的检测周期期间或在检测到光子的检测周期即将开始之前的系列光脉冲中的一个的发射的时间相关。
49.执行该方法可以包括多个这样的检测周期，优选地包括用于该系列的光脉冲的每次发射的这样的检测周期。每个检测周期最好在系列的一次发射之前、期间和/或之后立即开始(可以认为检测周期与该系列的发射相关联)，并且最好在系列的后续发射之前结束。
50.多个检测周期优选具有相同的持续时间。检测周期的该持续时间优选等于、基本上等于或小于其中一个光脉冲的持续时间与该系列的发射光脉冲之间的时间间隙之一的持续时间之和。
51.光脉冲的每次发射优选在与该发射相关联的检测周期内和/或相对检测周期同时进行。
52.检测周期可以在光脉冲发射(检测周期与之相关)之前小于5000皮秒、之前小于2500皮秒、之前大于500皮秒和/或之前大于1000皮秒开始。检测周期可以在光脉冲发射(检测周期与之相关)之后大于5000皮秒、之后大于10,000皮秒、之后大于20,000皮秒、之后大于30,000皮秒和/或之后小于50,000皮秒开始。
53.在某些实施例中，相继或连续的检测周期之间可能没有时间间隙。备选地，相继或连续的检测周期之间可能存在时间间隙，这些时间间隙可能具有相等的持续时间。
54.在发射光脉冲之后的测量步骤的检测周期的一部分的持续时间可以对应于飞行传感器在执行方法时可以检测到目标的时间的最大范围。例如，在检测周期持续35000皮秒的实例中，在检测周期开始后2000皮秒发射光脉冲，可以检测到的反射光子的最大飞行时间为33000皮秒，对应于9.89米的往返传播距离(至3位有效数字)和4.95米的传感器范围(至3位有效数字)。或者，传感器的最大范围可能小于由检测周期计算的范围；例如，传感器可以仅检测和/或测量直至分布内的最长时间的到目标的距离。
55.至少一个光电检测器检测到光子的所述分布或每个分布的时间优选是在检测到
光子的时间的检测周期中的时间或相对检测周期的时间。
56.因此，分布优选地包括检测到光子的多个时间，每个时间关联于检测到光子的检测周期。在检测周期具有相等持续时间的优选实施例中，这将是在与检测周期的持续时间相等的范围内的多个时间。
57.在某些实施例中，每个检测周期可以被分成一系列时间区间。在优选的此类实施例中，每个检测周期被分成相同的一系列时间区间。该系列的时间区间可以与在检测周期即将开始之前、期间或以其他方式与检测周期相关联的发射相关。
58.在这种实施例中，光电检测器检测光子的时间可以是检测到光子的多个时间区间中的一个。所述或每个分布可以包括在给定时间(跨越给定时间范围)的所有时间区间内由至少一个光电检测器检测到的光子总数的计数，其与检测周期(包括时间区间)期间、即将开始之前或以其他方式与检测周期关联的方式的发射相关，在所述检测周期内检测到光子。
59.分布优选地包括被至少一个光电检测器在由每个检测周期所划分成的相同系列的时间区间的每一时间区间的所有情况下检测到的光子总数的计数。
60.可以通过计数在检测周期的多个重复时间区间中的每个期间由至少一个光电检测器检测到的光子的数量来获得时间的所述分布或每个分布。
61.由一个或多个光电检测器在多个时间区间的每个时间区间内检测到的光子的计数数量可以是或可以有助于多个时间区间的分布的值。
62.在多个时间区间的时间区间期间由至少一个光电检测器检测到的光子的计数的数量可以是或有助于多个时间区间的时间区间的分布的值。该时间区间可以是分布的条柱(bin)。
63.检测周期被相同划分成的相同系列的时间区间的重复时间区间可以对应于为所述或每个光电检测器获得的分布的条柱。所述或每个分布可以包括多个具有计数的条柱，每个条柱的计数是在多个时间的每一个上的所有时间区间内由至少一个光电检测器检测到的光子的总数，这与在该系列的过程中它们发生的测量步骤的光脉冲发射相关。
64.每个检测周期的每个时间区间可以具有相等或基本上相等的持续时间。在这样的实施例中，不同时间区间之间的光子检测的频率比率将与在这些时间区间期间计数的光子检测的数量的比率成比例。
65.每个时间区间可以大于50皮秒、大于70皮秒或大于90皮秒。每个时间区间可以小于200皮秒、小于150皮秒、小于125皮秒、或小于110皮秒。在某些实施例中，时间区间可以为100皮秒。
66.例如，每个检测周期可以包括350个连续的时间区间，每个时间区间为100皮秒。在检测周期开始后2000皮秒发射的光脉冲导致4.95米的传感器范围(至3个有效数字)如上所述。
67.所述或每个分布可以包括由至少一个光电检测器在多个不同时间或多个不同时间区间内检测到的光子计数的计数，这关于该系列的每个发射。因此，所述或每个分布可能是频率分布。
68.多个时间区间可以相对于在紧接之前或以其他方式与检测到光子的检测周期相关联的光脉冲的发射。多个时间区间可以是分布的条柱。
69.例如，分布可以是或可以包括由至少一个光电检测器在一系列相同时间区间全部重复时检测到的光子总数的计数，在所述一系列相同时间区间重复时，重复每个检测周期和与之相关联的光脉冲发射。
70.每个时间区间中的光子检测频率可以是该时间区间除以时间区间的持续时间的计数。频率分布的每个时间区间的频率与该光电检测器在该时间区间内检测到的光子的概率成比例。在时间区间具有相等持续时间的实施例中，时间区间的频率与时间区间的计数成比例。
71.在某些实施例中，分布可能是或可能包括测量时间的图形表示。在优选的此类实施例中，分布可以是直方图。直方图可以包括具有对应于时间区间的计数的条柱(例如相对于计数的光子在和/或与之相关的发射中检测到的检测周期的时间区间)以及在其中分别检测到的数量或光子。
72.在时间区间和/或条柱中检测到的光子计数可以存储在一个或多个存储器或硬件位置中。例如，每个至少一个光电检测器分布的每个条柱的计数和/或时间区间可以存储在单独的存储器位置中。当光电检测器检测到光子时，它可以增加存储器或硬件位置中的计数(例如，通过在光电检测器是spad的实体中产生雪崩电流)。可以通过来自可由传感器组成的驱动电子设备的高速信号来确定计数增加的多个存储器或硬件位置中的哪一个，每个存储器或硬件位置可以对应于特定的重复时间区间。
73.在一些实施例中，分布仅包括在多个时间区间中的每个时间区间中由该光电检测器检测到的光子计数量的计数，分布可以通过这些数量的计数过程获得，并且可以通过将数量存储在一个或多个存储器或硬件位置中来实现。在分布是或包括测量时间的图形表示(例如直方图)的实施例中，可以通过由处理器生成或绘制来获得图形表示。
74.该方法包括，如果时间分布仅包括单个峰，则分析单个峰以确定单个峰是否包括从目标反射的光子计数。
75.在分布是或包括图形表示(例如直方图)的实施例中，峰可以是图形表示的峰。
76.备选或补充地，峰可以是高于预定阈值的分布的部分(例如一个或多个连续的时间区间)。例如，高于阈值频率(每个单位时间的光子检测的阈值数)，该阈值频率可以是每个条柱的光子检测的阈值数或分布的时间区间。在某些实施例中，峰可以是分布的一部分，其包括局部最大频率(和/或每个时间区间或条柱的本地最大计数)并且高于预先确定的阈值频率。
77.这样的阈值频率可以取决于分布的背景或噪声频率、由系列组成的光脉冲数、分布的部分的局部最大频率、分布的平均频率、分布的绝对最大频率和/或其他统计测量，例如与平均频率的标准偏差。
78.在某些实施例中，要检测的峰的阈值频率或计数可能是分布中时间的函数。例如，阈值在较早时可能更高，其由于盖子上的反射可能更接近预期的峰。
79.例如，在某些实施例中，峰可以是或可以包括其频率是局部最大值且高于阈值频率的任何时间区间以及与其相邻且频率高于该阈值频率或不同阈值频率的任何时间区间。
80.在某些实施例中，每个峰可以包括具有分布的局部最大值的时间区间以及高于阈值的任何连续时间区间。
81.例如，峰可以是具有频率(该频率是局部最大值并且是噪声频率基线以上的分布
的至少六个标准偏差)的任何时间区间以及与其相邻的且具有频率(该频率至少为峰的局部最大频率的一半，或者至少是分布的背景或噪声频率的两倍)的任何时间区间。
82.平均的背景或噪声频率或计数可以通过平均不由峰组成的时间区间的频率或计数来确定，或者通过平均光脉冲发射之前的频率或时间区间的计数来确定。例如，在其中每个检测周期被分成与每个测量步长重复的相同的时间区间系列并且在每个检测周期中的相同点处发射光脉冲的方法的实施例中，频率分布的平均背景或噪声检测频率可以通过在光脉冲发射之前平均重复时间区间的频率来确定。
83.如果峰的任何部分(其被确定为或被峰包含)没有分离，则可以确定分布仅包括单个峰。
84.如果时间分布或每个时间分布包括两个或更多个单独的峰，则该方法可以包括测量最早峰与一个或多个其他峰中的至少一个峰之间的时间上的间隔。可以确定最早峰和第二早峰、较晚峰中的最大峰或较晚峰中的每个峰之间的时间间隔。可以在峰的最大值之间测量峰之间的间隔。
85.时间上的间隔可以除以光速的两倍，以确定传感器的盖子与目标之间的距离，目标的反射产生测量间隔的峰，对其测量所述间隔。
86.如果分布包括预先确定的时间长度，则可以确定两个峰是分离的，或者预先确定的条柱数或时间区间将两个峰中间(例如，由两峰组成的中间条柱，或中间两个峰的最大值发生的时间)，其不包括峰和/或低于最大频率(其可能取决于背景或噪声频率、两个峰中的一个或两个峰的局部最大值和/或阈值频率、由系列包含的光脉冲数量、分布的平均频率、分布的绝对最大频率、其他统计测量，例如与平均频率的标准偏差和/或实际或最小数量的间隔时间区间)。
87.例如，如果频率分布包括一个或多个时间区间，其具有的频率小于一组标准偏差的倍数(例如2.5标准偏差)、高于平均的背景或噪声频率(在两个峰之间)，则两个峰可以是分离的。
88.在某些实施例中，如果峰被至少预先确定的时间长度分隔，则可以确定它们是分离的。在进一步的实施例中，如果最早的峰在预先确定的盖子反射峰窗口内并且较晚的峰与较早的峰至少预先确定的时间长度分离，则可以确定两个峰是分离的。预先确定的时间长度可以是预先确定的条柱数或分布的时间区间，例如1.5条柱。
89.在备选的实施例中，如果分布包括峰之间的部分(例如一个或多个时间区间)，所述部分不由峰包含和/或在阈值或噪声水平处、周围或之下，则可以确定两个峰是分离的。备选或补充地，如果两个峰不重叠或相互干扰，则两个峰可以是分离的。
90.在某些实施例中，如果(并且如果可能记录最早峰的一个或多个参数)分布包括两个或更多个峰并且第二个最早峰在阈值时间之后，则分布包括两个单独的峰。如果其最大值在阈值时间之后，或者如果峰的任何部分在阈值时间之后，则第二个最早峰可以在阈值时间之后。阈值时间优选是这样的时间，在该时间之前由于被盖子或其上的材料的反射、而导致峰重叠、干扰和/或不与峰间隔。
91.在某些实施例中，阈值时间可取决于一个或多个先前测量的最早峰的一个或多个记录参数，例如在先前测量中出现最早峰的时间。备选或补充地，阈值时间可以取决于频率分布的最早峰所在的时间。
92.分布是否包括单个峰，和/或分布是否包括两个或更多个单独的峰可以通过处理器件确定，所述处理器件可以由飞行传感器组成或与飞行时间传感器通信。
93.如果分布包括单个峰，则该方法包括分析单个峰以确定单个峰是否包括从目标反射的光子计数。该方法优选包括分析单个峰以确定单个峰是否包括从目标反射的光子计数和从盖子反射的光子计数。
94.对单个峰的分析优选地包括将峰的一个或多个参数与一个或多个参考参数(和/或与一个或多个参数的阈值进行比较，其可以关联于和/或衍生自一个或多个参考参数)相比较。
95.单个峰的一个或多个参数可以包括：参考峰出现的时间(例如，由峰包含的分布的时间范围，或峰的最大值发生的时间)、峰的形状、由峰包含的光子检测的数量(或峰的总能量的一些其他测量)、峰的高度(例如，在单个条柱中检测到的最大光子计数或峰的时间区间、或从条柱的计数计算出的峰的高度，例如使用二次插值)、峰的宽度、峰的一半最大值处的全宽度，和/或峰的其他可测量参数。在峰和/或其条柱或时间区间中的计数的数量的测量可以从中减去背景或阈值水平。
96.参数(如下所述的单个峰和/或参考峰)可以是峰的参数，其包括由该峰组成的条柱或时间区间的每一个的计数，或者是计算出的对条柱的计数的拟合的参数，例如使用二次插值拟合到每个条柱的计数的曲线。例如，所述一个或多个参数可以包括这种拟合峰的高度(在光子检测频率方面)和/或面积(在检测到的光子的数量方面)。
97.所述一个或多个参考参数可以是与峰的所述一个或多个参数相同的参数，但所述峰仅包括从其上的盖子和/或材料的反射。
98.所述一个或多个参考参数可以是参考分布的参考峰的参数，优选地对于其检测时间由包括单个峰的分布组成的至少一个光电检测器。参考分布优选通过以下方式获得：从光发射器发射一系列光脉冲，其中在至少一个光电检测器的范围和视野内没有物体；并且使用所述一个或多个光电检测器来获得所述一个或多个光电检测器的至少一个光电检测器在每次发射一系列光脉冲之后检测到光子的时间的参考分布。
99.分析单个峰以确定它是否包括从目标反射的光子的数量因此可以包括将峰的一个或多个参数与通过以下方式获得的时间的参考分布的参考峰的一个或多个参数进行比较：从光发射器发射一系列更多的光脉冲，在至少一个光电检测器的范围和视野范围内没有物体；并且使用所述一个或多个光电检测器来获得所述一个或多个光电检测器的至少一个光电检测器在每次发射一系列光脉冲之后检测到光子的时间的参考分布。
100.在包括用于获得多个分布的多个光电检测器的实施例中，每个分布是多个光电检测器的一个或多个光电检测器在光的脉冲的多次发射的每次发射之后检测到光子的时间的分布，优选地获得多个参考分布。在优选的此类实施例中，对于每个至少一个光电检测器获得参考分布，在执行所述方法时获得所述时间分布(例如，如上所述的每个单个光电检测器或相关联的光电检测器组)。因此，对于每个至少一个光电检测器可以获得不同的参考峰和不同的参数值。
101.获取参考分布的步骤可以包括此处描述的方法的相应步骤的任何可选特征。
102.例如，当制造飞行时间传感器时，可以在工厂校准操作中获得所述或每个参考分布、参考峰和/或参考参数。或者，可以通过执行特定校准测量和/或通过记录在未检测到目
标的测量中获得的分布、峰和/或参数来更新参考分布、参考峰和/或参考参数中的一个、一些或所有参考分布，参考峰和/或参考参数，或者其中未检测到低于阈值范围的目标或由于盖子的反射而与峰分离。
103.优选以很少或没有环境光的布置获得所述参考分布或每个参考分布。这可以有利地最小化或从参考分布中去除背景或噪声光学串扰。
104.在一些实施例中，所述或每一个至少一个光电检测器的参考分布、参考峰和/或参考参数可以是多个这样的参考分布，参考峰和/或参考参数的平均值，它们可以在上面描述的多个参考测量中获得。
105.参考峰的一个或多个参数可以包括在参考峰中检测到的光子总数和参考峰所在分布中的时间。可以在所述比较之前将包括单个峰的分布的背景或噪声水平添加到参考峰或从单个峰中减去。
106.在获得参考分布或每个参考分布期间发射的光的脉冲数可以等于该方法系列的光的脉冲数，其可以用于获得具有单个峰的分布。
107.然而，在某些实施例中，这一系列光脉冲可能不包括、或者可能不必然包括相同数量的光脉冲(例如，在其中光脉冲的数量根据多种模式中的哪一种而可变的实施例中，飞行时间传感器正在运行和/或方法正在执行)。在这样的实施例中，单个峰的一个、一些或全部的一个或多个参数和/或一个或多个参考参数(例如在单个峰和/或参考峰中计数的光子检测的数量)可以相对于两个系列中的光脉冲数量的差异被归一化。例如，参考参数可以乘以发射的脉冲数的比率以获得对发射的脉冲数的参考以获得包括单个峰的分布。
108.在优选的实施例中，如果峰的光子检测的频率计数(例如峰内的总检测数，或峰的光子检测的最大频率)以大于阈值裕度超过参考光子检测峰的参考数量(例如参考峰内的总检测数，或参考峰的条柱或时间区间内的最大光子检测数)，则可以确定单个峰包括来自目标的反射计数。在这样的实施例中，可以将考虑的每个时间区间的光子计数的平均背景噪声频率添加到单个峰的光子数中或从参考光子数中减去。
109.备选或补充地，如果单个峰出现的时间(例如由峰构成的分布的时间范围，或者峰的最大值出现的时间或时间区间)以小于阈值裕度超过参考时间(例如由参考峰构成的参考分布的时间范围，或者参考峰的最大值出现的时间或时间区间)，则可以确定单个峰包括来自目标的反射计数。
110.在优选的实施例中，如果峰的光子检测的计数或频率以大于阈值裕度超过光子检测峰的参考数量且单个峰发生的时间以小于阈值裕度超过参考时间，则可以确定单个峰包括来自目标的反射计数。
111.备选或补充地，如果单个峰的一个或多个其他参数与等效参考参数相差大于或小于阈值裕度，则可以确定单个峰包括来自目标的反射计数。
112.阈值裕度最好是预先确定的，并且可以通过实验确定。例如，通过使用存在的目标执行额外的校准测量并将获得的分布与上面描述的参考峰进行比较。
113.在替代实施例中，如果单个峰的计数或频率(例如峰的光子检测的最大频率)超过阈值，则可以确定峰包括来自目标的反射计数。阈值优选是时间和参考函数的一个或多个参数的函数，例如参考峰的计数或频率。优选地，阈值是时间的函数和参考峰的光子检测的最大频率。
114.阈值裕度可以在分布的后期部分中恒定，并且在分布的第二早期部分中是时间的反函数(例如时间的逆线性函数)。逆线性函数可以是使得阈值在参考峰发生时超过参考峰的幅度。在一些这样的实施例中，阈值也可以在分布的第三部分期间比分布的第二部分更早地恒定，并且优选地比参考峰发生的时间更早地恒定。
115.如果单个峰包括从目标反射的光子计数，则该方法包括测量参考时间和单个峰的点之间的间隔。
116.参考时间优选是上述参考峰的最大值发生的时间。这个时间对应于发射的光子在被盖子和/或其上的材料反射后被检测到的时间。
117.单个峰的点可以是单个峰的最大值。
118.备选地，在从单个峰的频率中减去具有参考形状和参考量级的参考峰的频率之后，单个峰的点可以是单个峰的最大值。这样的点通常晚于单个峰的最大值。在某些实施例中，可以使用数据处理技术(例如二次插值)增强飞行时间传感器分辨率和通过该方法产生的分布中进行的测量(例如峰所在的时间，峰之间的距离和/或峰的高度或量级)。例如，这些技术可以使用具有局部最大计数或频率的条柱的大小或强度以及一个或多个接近或相邻条柱的大小或量级来更准确地确定到该峰的距离。这可能允许测量峰发生的时间，或者测量峰之间的间隔，以获得比由分布包含的条柱的宽度更大的分辨率。
119.例如，如果峰包括多个在时间上相等间隔的条柱，且含有具有最大计数的条柱，则之前是带有具有最大计数一半的条柱的条柱，之后是具有最大计数的四分之三的条柱。峰的真正最大值可以被估计为在具有最大计数的条柱和具有最大计数的四分之三的后续条柱的中心之间。峰的真实最大计数频率也可以估计为高于具有最大计数的条柱的计数频率。可以通过将曲线(例如抛物线)拟合到点来确定峰的估计的真实最大值，该点由峰包含的条柱的计数定义。
120.在上面描述的方法的特征中，其中一个或多个峰的参数，例如峰的最大值或峰的最大频率出现的时间可以是拟合到多个条柱的计数或频率的峰曲线的参数，而不是条柱本身的计数或频率的参数。
121.在某些实施例中，光发射器可以形成光学堆叠件的一部分，和/或可以由光学堆叠件组成。在这样的实施例中，该方法可以测量由于来自盖子的反射而产生的光学串扰水平和/或可以与光学堆叠件一起校准飞行时间传感器。
122.根据另一个实施例，提供飞行时间传感器，其配置为执行上面描述的方法。
123.飞行时间传感器可以包括上面参考执行方法的传感器描述的任何可选特征，和/或可以配置为执行上面描述的方法的任何可选特征。
124.根据另一个实施例，提供包括一个或多个根据本发明的第二方面的传感器的设备。
125.例如，诸如智能手机的移动通信设备包括一个或多个根据本发明的第二方面的传感器。
126.根据另一实施例，提供了一种非瞬时存储介质，其包括可由一个或多个处理器执行的计算机指令，所述处理器由飞行时间传感器包含或与飞行时间传感器通信，飞行时间传感器包括光发射器和一个或多个光电检测器，当由一个或多个处理器执行计算机指令时，计算机指令导致飞行时间传感器执行如上所述的方法。
127.实施例现在将参照附图以示例的方式进行描述。
128.图1a是飞行时间传感器的剖面图，其中光发射器和光电检测器阵列位于盖子下方的共享腔室中；
129.图1b是飞行时间传感器的剖面图，其中光发射器和光电检测器阵列位于共享盖子下方的单独腔室中；
130.图2为飞行时间传感器的示意图；
131.图3是使用飞行时间传感器测量距离的方法的流程图；
132.图4a是没有目标存在时由飞行时间传感器获得的直方图，没有目标存在；
133.图4b是由飞行时间传感器获得的直方图，其目标靠近盖子；
134.图4c是由飞行时间传感器获得的直方图，其目标远离盖子；以及
135.图5是一对参考分布和从中推导出的目标检测阈值的图表。
具体实施方式
136.图1a和1b分别显示了两个实施例的飞行时间传感器100、150的光学元件的剖视图。每个传感器100、150包括用于发射光脉冲的光发射器102、152，布置用于检测光脉冲的反射的光电检测器阵列104、154，以及用于覆盖光发射器102、152和光电检测器阵列104、154的透明盖子108、158。
137.光发射器102、152和光电检测器阵列104、154位于盖子108、158之下的腔室106、156、157中。在第一时间飞行传感器100，光发射器102和光电检测器阵列104都布置在共享腔室106内。在第二飞行传感器150中，光发射器152位于第一腔室156内，光电检测器154位于第二独立腔室157内。在一个实施例中，两个腔室156、第二传感器150的157都由相同的盖子158覆盖，尽管可以考虑在另一个实施例中，两个单独的盖子可以分别用于覆盖两个腔室156和157。
138.在一些飞行时间传感器中，腔室106、156、157可以被定义为孔，其穿过在盖子108、158和基板之间布置的间隔件晶圆或间隔件，光发射器102、152和光电检测器阵列104、154被安装在基板上。
139.在使用中，光脉冲由光发射器102、152发射，并且光电检测器阵列104、154检测入射到其上的光子。光电检测器阵列104、154的光电检测器检测到光子的时间相对于光发射器102、152发射光脉冲的时间被测量，以确定由光发射器102、152发射的光子的行进时间，所述光子由光发射器102、152发射并且被目标并被目标110、160反射到光电检测器阵列104、154上。这些测量时间允许确定传感器100、150和目标110、160之间的距离。
140.然而，除了由光发射器102、152发射并被目标110、160反射的光120、170之外，光电检测器阵列104、154还检测来自其它源的光，这些光可称为光学串扰。光学串扰包括未被光发射器102、152发射的光，以及由光发射器102、152发射并反射出盖板108、158的光122、124、172。
141.在第一传感器100中，光124在与盖子108的与腔室106相邻的表面的外表被反射，并且光122在盖子108的远离腔室106的表面上完全内部地被反射。由于光发射器152和光电检测器阵列154位于单独的腔室156、157中，第二传感器150从盖158的表面外表反射的光将不会到达光电检测器阵列154。完全内部地由盖子158的表面的内部反射的光从第一腔室
156行进到第二腔室157并由此从光发射器152行进到光电检测器阵列154。光也可能被盖子上的材料反射，例如灰尘或其他污染物。
142.从盖子或其上的材料反射的光122、124、172比从目标110反射的光120、170传播的距离更短，因此将在光发射器102、152发射光脉冲之后的较早时间被检测到。
143.图2示出了飞行时间传感器200的示意图。该传感器200包括垂直腔面发射激光器(vcsel)205，用于发射一系列光脉冲，驱动器206，用于驱动vcsel 205，检测模块210，用于检测光子并计数在每个连续时间区间内检测到的光子计数，其随着每个光脉冲发射而重复发生，控制模块215，用于控制驱动器206和检测模块210，数据处理模块220，滤光片225和一对无源光学元件230。
144.检测模块210包括单光子雪崩二极管阵列(spad)、一个或多个时间数字转换器(tdc)和存储器。spad是固态光电检测器，当它们检测到光子时会产生短雪崩电流。一个或多个tdc测量来自控制模块的初始信号(相对于光脉冲发射的固定时间)与检测到光子时产生spad的信号之间的时间。存储器记录spad检测到光子的时间。
145.存储器可以包括一组或多组计数器，每组计数器都与单个spad或一组spad相关联(它们可以排列在一起并且可以一起定义或充当检测模块阵列的像素)。集合的每个计数器对应于多个连续时间区间中的一个，其中将重复的检测周期划分为该时间区间。检测周期及其时间区间，随着每个光脉冲发射的一系列光脉冲发射重复。
146.当spad检测到光子时，检测周期内的时间(以及因此在多个时间区间中的时间)被检测到光子的时间由tdc确定。然后，响应于该时间区间并与该spad关联的计数器递增1。可由移位寄存器控制哪个计数器递增。
147.因此，每组计数器可以获得由spad或由一组相关spad检测到的光子计数的计数，在检测到光子的检测周期内相对于光脉冲发射的多个时间区间中的每一个。每个时间区间的相对计数对应于在发射光脉冲时在每个时间区间内检测到光子的相对概率。计数是一个分布，可以转换为直方图或可视化为直方图；例如，通过数据处理模块220。
148.控制模块215(其可以包括驱动电子设备)向驱动器206和检测模块210提供高速信号。这些信号使一系列光脉冲的发射与检测模块的重复检测周期同步，使得相对于(并且优选在)每个检测周期的重复在同一时间点发射一个光脉冲。
149.数据处理模块220从检测模块接收数据。该数据可以是、或也可以是从每个spad或其组在每个时间区间内检测到的光子计数的计数。数据处理模块可以确定spad或一组相关的spad检测到光子的时间在一系列发射中的分布是否包含峰，并且可以确定其中两个或多个峰是否分离。
150.如果分布包括两个或多个单独的峰，则数据处理模块220可以确定峰之间的间隔。这可用于确定到目标250的距离。如果分布反而包括单个峰，则数据处理模块220可以分析峰的形状和大小，以确定它是否仅包括从传感器盖反射的光子计数，或者它是否还包括从目标反射的光子计数。
151.无源光学元件230是透镜元件。其中一个无源光学元件230被布置在vcsel 205上，另一个被布置在检测模块210上并被布置成聚焦于其上的入射光，使得可以通过spad阵列产生范围图像。光学滤光片235设置在检测模块和检测模块上方的透镜元件的之间。透镜元件可由vcsel 205和spad阵列之上的盖子组成。
152.传感器200可以在计算机指令下工作，这些指令可以存储在一个或多个非瞬态存储介质上，这些介质可以由控制模块215、数据处理模块220、检测模块210和/或与传感器通信的外表计算设备和/或其模块组成。计算机指令可以由一个或多个数据处理器执行，其包括控制模块215、数据处理模块220、检测模块210和/或与传感器通信的外表计算设备和/或其模块，以便使用传感器200来执行用于测量由于光脉冲在传感器200的盖子上的反射而导致的光学串扰的方法300。
153.图3是使用飞行时间传感器测量距离的方法300的流程图，该传感器具有覆盖光发射器(例如vcsel)和一个或多个光电检测器(例如spad阵列)的透明盖子。
154.该方法包括发射一系列光脉冲，获得单个光电检测器或相关光电检测器组检测到光子的时间的一个或多个分布，分析所述分布以确定它们是否包括从目标反射的光子计数，如果是，光子从目标反射的时间被检测。一个或多个光电检测器检测光子的时间是在重复检测周期315内和相对于重复性检测周期315的时间，该周期随着光脉冲的每次发射330而复发。
155.在方法300的第一步310中，检测周期315开始。检测周期分为一系列连续的时间区间，其中一个或多个光电检测器可以检测到光子。时间区间的数量和持续时间是预先设置的，并且时间区间优选具有相等的持续时间。例如，检测周期可以包括三百五十个时间区间，每个时间区间持续一百皮秒；因此，检测周期总共持续三十五纳秒。
156.在检测周期315期间，在第二步320中，如果一个或多个光电检测器中的任何一个在任何时间区间内检测到光子，则在该时间区间中被该光电检测器或由一组相关的光电检测器(包含那个光电检测器)在该时间区间内检测到的光子计数递增一。
157.在检测周期315期间的预设时间点，在第三步330中，从光发射器发射出一个光脉冲。光脉冲可以在预先设定的时间区间之后发射，并且优选具有固定的持续时间。例如，光脉冲可以持续五百皮秒，并且可以在第二十个时间区间之后立即开始发射。
158.在第四步骤340中，检测周期315重复预定次数。在每次重复期间，发射一个光脉冲(在检测周期315的每次重复期间的同一点)。检测周期315的每个时间区间都是重复的，并且如果光电检测器检测到其中的任何光子，则该光电检测器在该时间区间内检测到的光子计数递增。检测周期的重复次数可能在80,000至800,000之间(含80,000次)；例如，在传感器的低功耗模式下重复次数较少，和/或用于具有更高反射率的目标。
159.因此，对于每个光电检测器或相关光电检测器组，在每个时间区间内，该光电检测器或光电检测器组检测到的光子计数的分布。该分布包括该光检测器在检测周期315的所有重复期间检测到的每个时间区间的光子计数的计数。分布可以是直方图，也可以可视化为直方图。这种分布300、440、480的实例示于图4a至4c中。
160.在第五步350中，确定所获得的分布是否包含单个峰或两个或多个单独的峰。
161.峰可以被识别为连续的时间区间组，其中计数的光子计数量超过阈值，其可决于分布中的背景或噪声计数水平。分布的背景或噪声计数水平可以通过平均预设时间之前的时间区间的每个时间区间的计数来确定，例如在检测期间发射光脉冲之前的时间区间。
162.如果两个或多个峰之间有最小数量的时间区间，而这些时间区间不由任何峰组成，则可以认为两个或多个峰是分离的。例如，如果它们由一个或多个时间区间间隔，而这些时间区间不是峰(例如，计数低于阈值的时间区间，如上所述)。
163.如果分布包括两个或多个峰，则在步骤360中，测量最早的峰与相互的峰之间的在时间上的间隔(例如，在它们的最大值之间)。这些时间可用于计算盖子与目标(它的反射导致后面的峰)之间的距离。
164.如果分布仅包含单个峰，则在步骤370中，将该峰与一个或多个光电检测器的参考峰(或其一个或多个参数)进行比较，其检测产生了分布。参考峰或其参数优选被存储在飞行时间传感器的存储器中。
165.通过将单个峰中计数光子检测的总数与参考峰中计数光子检测的总数进行比较，可以将单个峰与参考峰进行比较。峰中光子检测的总数与峰的能量成正比。峰中的光子总数可以是确定由峰包含的每个条柱的计数之和，也可以是平均背景或噪声水平减去后每个条柱的计数的总和。
166.如果单个峰包含的总计数大于参考峰加上预定的阈值裕度，则该单个峰可以被确定为包括从靠近盖子的目标反射的光子计数。
167.参考峰可以是为光电检测器或一组相关光电检测器获得的分布的单一峰，这些光电检测器或其检测在执行校准测量时产生分布，而光电检测器或相关光电检测器组的视野范围内和视野中不存在目标。或者，参考峰和/或其参数可以是参考峰的平均值或其参数从多次此类校准测量中获得的。
168.通过执行校准测量获得的分布仅包含背景光子或噪声光子的计数以及从传感器盖上反射的光子，这将产生单个参考峰。
169.这种校准测量可以在制造或组装飞行时间传感器时或之后不久进行，并且优选在受控条件下进行。校准测量可以在预设水平为，最低水平或没有环境光的情况下进行；这可以控制或最小化噪音或背景计数。在这些初始测量中获得的参考峰和/或其参数可以存储在传感器的存储器中，以便在执行方法300时使用。校准测量优选在室温下进行，或者在飞行时间传感器打算主要工作的其他预定温度下进行。
170.或者，可以在制造和/或使用传感器后不时进行校准测量，并且可以更新参考峰和/或其参数。例如，当使用飞行时间传感器进行飞行时间测量，并且获得具有两个或多个独立峰的光电检测器或一组相关光电检测器的分布时，可以假定最早的峰仅对应于从盖子反射的光子计数，并且最早的峰和/或其参数可以记录为其参考峰或其参数，并更新和/或替换先前存储的峰和/或参数。
171.对于被确定为包含从目标反射的计数的峰而言、单个峰的总计数必须超过预定阈值裕度，所述预定阈值裕度可以通过对存在的目标执行额外的校准测量并将获得的分布与上述参考峰进行比较来确定。例如，对于存在的目标的最小阈值裕度可等于或小于参考峰的总计数和通过在距盖子短距离存在极低反射率目标的情况下执行校准测量获得的分布的总计数的差，使得只得到一个峰。
172.如果在步骤370中确定峰以包括从目标反射的光子计数，则在步骤380中，确定参考时间和峰上的点之间的间隔。参考时间优选为对应于一个或多个光电检测器从盖子反射的光子被检测到的时间。在优选的实施方式中，参考时间是发生参考峰的最大值的时间。
173.从盖子反射的光子和从目标反射的光子所花费的时间差是通过测量参考时间和峰点之间的时间差来确定的。该点可能是单个峰的最大值(峰包括从盖子上反射和从近的目标的反射)，也可能是稍后的时间。
174.图4a、4b和4c显示了光电检测器(或一组相关的光电检测器)在一系列光脉冲发射过程中检测到光子的时间的直方图400、440、480的示例直方图。
175.每个直方图400、440、480包括三百五十个条柱，每个条柱对应于重复检测周期的一百皮秒时间区间，并计数在每个时间段内由光电检测器(或相关光电检测器组)检测到的光子总数。直方图400、440、480是通过对上述方法300的检测周期315执行多次迭代而获得的。
176.图4a中所示的第一直方图400是通过在光电检测器(或相关光电检测器组)的范围和视场内不存在目标时执行方法300的检测周期315的重复而获得的。直方图包括每条柱大约一百个计数的背景噪声水平402和在进入重复检测期的时间区间2.8-2.9纳秒内具有大约590个检测的最大计数的单个峰404。峰404具有进入重复检测周期的大约2.5和3.2纳秒之间的大约7个时间区间的半峰全宽。该峰404是由在光脉冲中发射的光从传感器的盖子或其上的材料反射而引起的。
177.当针对飞行时间传感器执行参考校准测量时，可以为一个或多个光电检测器获得这样的直方图400，其中在光电检测器的视场中不存在目标。在这种情况下，峰404可以是参考峰。如果峰被认为是相邻条柱的组，其计数大于平均噪声计数的两倍。每个时间区间具有大于200个计数的条柱被认为包含在一个峰中，因此峰404包括7个条柱并且总计数约为2950，或者当从其中减去背景或噪声计数时为2250。
178.因此，参考峰总计数为2250，参考时间为2.8-2.9纳秒时间区间。在该示例中，单个峰的总计数必须超过以使峰被确定为包括离开目标的反射计数的预设阈值裕度也被确定为500个计数。
179.图4c中所示的第三直方图480是通过在距盖子一定距离处存在目标的情况下执行检测周期315的重复而获得的。直方图480包括每条柱大约一百个计数的背景噪声水平482和两个峰484、486。
180.最早的峰484在进入检测周期的2.9-3.0纳秒的时间区间内具有大约590次检测的最大计数，并且在进入重复的大约2.5和3.2纳秒的时间区间内具有大约6个时间区间的半峰全宽检测期。
181.后面的峰486在进入检测周期的18.0-18.1纳秒的时间区间内具有大约530个计数检测的最大计数，在进入检测周期的17.7和18.4纳秒之间具有大约7个时间区间的半高全宽重复检测周期。
182.最早的峰484位于检测周期内2.8-2.9纳秒的参考时间，因此可以假定包含从盖子反射的光子计数。也可以假设最早的峰不包含来自靠近盖子的目标的反射，因为分布包括至少一个较晚的峰486。靠近盖子的目标会阻挡来自更远目标的光子并防止出现较晚的峰486。
183.当在执行方法300时为光电检测器(或相关联的光电检测器组)获得具有多个单独峰484、486的这种直方图480。从最早峰的最大值到每个后面峰的最大值的时间区间可以通过测量来确定从目标反射的光子与从盖子反射的光子之间的传播时间距离。在图4c所示的直方图480中，时间上的间隔为15.1纳秒。
184.盖子和反射产生较晚的峰的目标之间的距离可以通过将时间区间的一半乘以光速来确定，得到2.26米的距离(精确到小数点后2位)。
185.在图4b中示出了通过执行检测时段315的重复而获得的第二直方图440，其中目标存在靠近盖子。该直方图440还包括每条柱大约100个计数的背景噪声水平442和单个峰444。单个峰444包括从盖子反射的光子计数和从近距离目标反射的光子的计数。峰444在进入检测周期的3.2-3.3纳秒的时间区间内具有大约840次检测的最大计数并且在进入检测周期的大约2.6和3.5纳秒之间具有大约9个时间区间的半峰全宽。
186.当通过执行方法300的检测周期315的重复而获得的直方图包含单个峰，例如第二直方图440的峰444时，分析该单个峰以确定它是否包括从靠近盖子的目标的反射，或者它是否包括仅从盖子的反射。这通过将单个峰444与参考峰404进行比较来执行，例如通过将单个峰444的总计数与参考峰的总计数进行比较。
187.当考虑计数超过200(平均背景噪声计数的两倍)的时间区间由峰组成时，单个峰444包括12个条柱，并且总计数约为6400，或当减去背景或噪声计数时约为5200。参考峰的总计数为2250，并且预定阈值裕度(对于被确定为包含从目标反射的计数的峰而言、单个峰的总计数必须超出该预定阈值裕度)为500。由于5200的总计数超过2750，单个峰444被确定为包括来自目标的反射计数。
188.由于来自目标的反射计数包括在与来自盖子的反射计数相同的峰444中，不可能通过测量两个峰之间的间隔来确定到目标的距离，如图4c中的直方图484所执行的。相反，单个峰444的时间最大值与仅由于盖子反射引起的参考峰的峰所在的参考时间之间的间隔被测量。
189.单个峰的最大值在进入检测周期的3.2-3.3纳秒的时间区间内，参考时间为2.8-2.9纳秒的时间区间。因此，时间上的间隔为0.4纳秒，到近处目标的距离因此为0.06米(至2.d.p)。
190.图5是图表500，其示出了针对两个不同的光电检测器或其组获得的参考分布对510、520，它们以不同的速率检测其盖子的反射，以及用于检测两个传感器的目标的两个阈值函数515、525。阈值来自参考分布。
191.参考分布510、520分别都是在参考校准测量期间单个光电检测器或一组相关的光电检测器检测到光子的时间分布，其中很少或没有环境光并且在该范围和视场内没有物体。至少一个光电检测器。参考分布510、520是通过执行方法300的重复检测周期步骤310、320、330和340而获得的，其中很少或没有环境光并且在至少一个光电检测器的范围和视场内没有物体。
192.由于缺乏环境光，参考分布510、520都包括可忽略的噪声或背景计数，并且由于从获得它们的光电检测器的盖子上反射而仅包括单个峰。第二参考分布520包括具有比第一参考分布510更大的最大检测频率的更大峰，这可能是由于光检测器上方的盖子上的更大程度的污染。
193.从参考分布510、520中的每一个推导出用于检测包括从目标反射的光子计数的峰的阈值515、525。第一阈值函数515从第一参考分布510导出并且第二阈值函数525从第二参考分布中导出。
194.每个阈值函数515、525是分布时间的函数。每个阈值函数515、525包括从0纳秒到参考分布的参考峰在大约14纳秒处开始的时间的第一最早部分、从大约14纳秒到大约34纳秒的第二中间部分，其包括那个时间参考峰所在的位置和之后的一部分时间，以及从大约
34纳秒开始的第三最晚部分。
195.在阈值函数515、525的第一和第三部分中，用于检测包括目标反射计数的峰的阈值水平接近于每单位时间区间0个计数。对于这样的阈值，以避免不正确地检测峰、背景或噪声在将其与阈值515、525进行比较之前，必须从使用光电检测器的方法300获得的分布中减去噪声水平。在替代阈值中，阈值函数可以包括在这些部分中高于预期噪声水平的恒定阈值。
196.用于检测包括阈值函数515、525的中间部分中的目标反射计数的峰的阈值水平是逆线性函数，其从导出它们的参考分布510、520的光子检测的最大频率上方向下倾斜至后面第三部分的阈值水平。
197.因此，由于玻璃反射而产生的峰出现的时间越早，峰越有可能包括从玻璃反射的光子计数，则用于检测峰(其包括从目标反射的光子)的阈值水平越低。因此，此类阈值函数515、525可用于检测包括从目标和盖子两者反射的光子的两个峰以及随后仅包括从目标反射的计数的间隔峰。
198.实施例仅以示例的方式进行了描述，应当理解，在不脱离由权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行变化。