半导体主体和用于飞行时间测量的方法技术

半导体主体包括：用于驱动光源(LS)的驱动器(DRV)；至少两个探测器(RD、D1至D4)，每个包括雪崩二极管(AD)；时间数字转换器装置(CA、C1至C4)，耦合到至少两个探测器(RD、D1至D4)的输出；存储器(ME、RM、M1至M4)，耦合到时间数字转换器装置(CA、C1至C4)，并且配置为存储至少一个直方图；以及评估单元(EU)，耦合到驱动器(DRV)和存储器(ME、RM、M1至M4)。

Semiconductor body and method for time of flight measurement

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体主体和用于飞行时间测量的方法本公开涉及一种半导体主体、一种飞行时间传感器和一种用于飞行时间测量的方法。本公开涉及飞行时间测量设备的领域。这些设备发送光脉冲，并且测量直到反射光到达设备的探测器电路所需的时间。本公开的目的是提供一种半导体主体、一种飞行时间传感器和一种用于飞行时间测量的方法，所述方法允许多于一个目标的探测。所述目的由独立权利要求的主题解决。另外的实施例和发展在从属权利要中定义。除非另有说明，上述定义也适用于以下描述。在一个实施例中，半导体主体包括：用于驱动光源的驱动器；至少两个探测器，每个探测器包括至少一个雪崩二极管；时间数字转换器装置，耦合到至少两个探测器的输出；存储器，耦合到时间数字转换器装置，并且配置为存储至少一个直方图；以及评估单元耦合到驱动器和存储器。有利地，产生直方图使得能够探测至少两个目标或物体。在一个实施例中，至少一个直方图包括由至少两个探测器中的一个探测器接收的信息。另外的直方图可以包括由至少两个探测器中的另一个探测器接收的信息。每个探测器可以包括雪崩二极管或雪崩二极管阵列。雪崩二极管阵列包括多于一个雪崩二极管。在一个实施例中，半导体主体包括至少三个探测器、至少四个探测器或至少五个探测器。每个探测器的输出可以耦合到时间数字转换器装置。在一个实施例中，存储器分为几个存储器、存储器部分或存储器区域。在一个实施例中，至少两个探测器实施为第一探测器至第四探测器。第一探测器至所述第四探测器可以设置为正方形或条状或两个条状。第一探测器至第四探测器可以位于正方形或矩形的四个角上。第一探测器至第四探测器可以位于直线上，可选地以相等的距离位于直线上。将探测器设置为正方形或条状允许使用视差效果来将测量范围扩展到较小的距离。例如，探测器能够沿着条状设置，该条状定义的方向垂直于光源与探测器之间的连接线定义的方向。在一个实施例中，第一探测器至第四探测器、时间数字转换器装置和存储器配置为产生并存储图像的四个不同区域的直方图。四个区域可以是图像的四个象限或在轴上线性设置的四个区域。在一个实施例中，时间数字转换器装置包括至少一个时间数字转换器、至少两个时间数字转换器、至少三个时间数字转换器或至少四个时间数字转换器。时间数字能够缩写为TD。探测器的数量可以等于或高于TD转换器的数量。在一个实施例中，时间数字转换器装置包括第一时间数字转换器至第四时间数字转换器，缩写为TD转换器或TDC，耦合到第一探测器至第四探测器和存储器。因此，第一TD转换器将第一探测器耦合到存储器，并且产生第一直方图。相应的，第二TD转换器至第四TD转换器将第二探测器至第四探测器耦合到存储器，并且产生第二直方图至第四直方图。在一个实施例中，第一时间数字转换器至第四时间数字转换器中的至少一个包括：具有耦合到探测器的输入的环形振荡器、耦合到环形振荡器的输出的计数器，以及传输电路。传输电路耦合到环形振荡器、计数器和存储器。传输电路可以配置为捕获环形振荡器和计数器的当前状态、将捕获的状态解码为时间戳以及根据时间戳将数据传输到存储器中。在一个示例中，如上所述，第一时间数字转换器至第四时间数字转换器中的每一个包括环形振荡器、计数器和传输电路。在一个实施例中，至少两个探测器中的一个实施为用于接收表示零距离的光子的参考探测器。因此，至少两个探测器可以包括参考探测器和第一探测器至第四探测器。在进一步发展中，时间数字转换器装置包括耦合到参考探测器的参考TD转换器。参考TD转换器可以耦合到存储器。参考TD转换器可以产生参考直方图。或者，参考探测器可以耦合到TD转换器装置并且给TD转换器装置提供起始信号。起始信号可以施加到第一TD转换器至第四TD转换器。在一个实施例中，驱动器配置为产生一系列脉冲，每个脉冲具有等于或少于1ns的持续时间，可选地少于500ps。有利地，持续时间可以例如少于200ps。在一个实施例中，驱动器配置为使得脉冲的持续时间是可编程的。持续时间可以设置为使得持续时间少于空间分辨率除以光速。在一个实施例中，半导体主体包括通信单元、时钟单元和耦合到至少两个探测器的雪崩二极管的电荷泵。通信单元耦合到评估单元，并且配置为将数据传送到外部设备。在进一步发展中，半导体主体包括至少一个低压差稳压器，缩写为LDO。LDO可以耦合到TD转换器装置。在一个实施例中，飞行时间传感器包括半导体主体和光源。飞行时间缩写为TOF。在一个实施例中，光源实现为垂直腔面发射激光器，缩写为VCSEL，或垂直外腔面发射激光器，缩写为VECSEL。在一个实施例中，光源由连接到半导体主体的另外的半导体主体实现。连接可以通过引线键合、倒装芯片技术或裸片到裸片键合来实现。在一个实施例中，飞行时间传感器包括光学器件。光学器件可以包括透镜。或者，光学器件可以没有透镜。光学器件，例如一个或更多个透镜，可以配置为用于成像。例如，为了在探测器处创建图像，光学器件位于至少两个探测器的焦点或焦平面处。在一些实施例中，单个光学器件或单个透镜能够用于在每个探测器处创建图像。在一个实施例中，飞行时间传感器包括遮光材料。遮光材料包括一个孔或多个孔。光源发射光，并且第一探测器至第四探测器通过一个孔或多个孔接收光。光学器件可以位于一个孔或多个孔中。在一个实施例中，遮光材料在参考探测器与第一探测器至第四探测器之间形成屏障。因此，第一探测器至第四探测器不直接从光源接收光。在一个实施例中，一种用于飞行时间测量的方法包括：-提供驱动器信号以驱动光源，-通过包括至少一个雪崩二极管的至少两个探测器接收光子，-通过时间数字转换装置将由至少两个探测器接收的信号转换成至少一个直方图，并且存储至少一个直方图，以及-通过评估单元基于至少一个直方图执行计算。在一个实施例中，计算的结果可以是距离信号，距离信号包括关于从光源到物体的距离与物体到至少两个探测器的距离之和的信息。距离信号可以包括关于从光源到另外的物体的距离与另外的物体到至少两个探测器的距离之和的信息。因此，距离信号可以包含关于多个物体的信息，例如，两个、三个或三个以上物体。在进一步发展中，第一探测器至第四探测器接收光子。第一探测器至第四探测器接收来自不同区域的光子，例如第一区域至第四区域的光子。计算的结果可以是第一距离信号，第一距离信号包括关于从光源到在第一区域中的物体的距离与在第一区域中的物体到第一探测器的距离之和的信息。相应地，计算的结果可以是第二距离信号至第四距离信号，第二距离信号至第四距离信号包括关于从光源到在第二区域至第四区域中的物体的距离与在第二区域至第四区域中的物体到第二探测器至第四探测器的距离之和的信息。用于飞行时间测量的方法可以例如通过根据以上定义的实施例中的一个的半导体主体和/或飞行时间传感器来实现。在一个实施例中，TOF传感器实现为飞行时间片上系统。片上系统能够缩写为SOC。在一个实施例中，TOF传感器实施为提供集成到单个设备中的距离测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体主体，包括：/n-驱动器(DRV)，其用于驱动光源(LS)，/n-至少两个探测器(RD、D1至D4)，每个探测器包括至少一个雪崩二极管(AD)，/n-时间数字转换器装置(CA、C1至C4)，其耦合到所述探测器(RD、D1至D4)的输出，/n-存储器(ME、RM、M1至M4)，其耦合到所述时间数字转换器装置(CA、C1至C4)，并且配置为存储至少一个直方图，以及/n-评估单元(EV)，其耦合到所述驱动器(DRV)和所述存储器(ME、RM、M1至M4)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171026 EP 17198603.7;20170922 US 62/562,3211.一种半导体主体，包括：
-驱动器(DRV)，其用于驱动光源(LS)，
-至少两个探测器(RD、D1至D4)，每个探测器包括至少一个雪崩二极管(AD)，
-时间数字转换器装置(CA、C1至C4)，其耦合到所述探测器(RD、D1至D4)的输出，
-存储器(ME、RM、M1至M4)，其耦合到所述时间数字转换器装置(CA、C1至C4)，并且配置为存储至少一个直方图，以及
-评估单元(EV)，其耦合到所述驱动器(DRV)和所述存储器(ME、RM、M1至M4)。


2.根据权利要求1所述的半导体主体，
其中，所述至少两个探测器(RD、D1至D4)实施为方形或条状布置的第一探测器至第四探测器(D1至D4)。


3.根据权利要求2所述的半导体主体，
其中，所述第一探测器至所述第四探测器(D1至D4)、所述时间数字转换器装置(CA、C1至C4)和所述存储器(ME、M1至M4)配置为产生并且存储图像的四个不同区域的直方图。


4.根据权利要求2或3所述的半导体主体，
其中，所述时间数字转换器装置(CA、C1至C4)包括第一时间数字转换器至第四时间数字转换器(C1至C4)，其耦合到所述第一探测器至所述第四探测器(D1至D4)和所述存储器(ME、M1至M4)。


5.根据权利要求4所述的半导体主体，
其中，所述第一时间数字转换器至所述第四时间数字转换器(C1至C4)中的至少一个包括：
-环形振荡器(DL、LG)，其具有耦合到所述探测器(D1至D4)的输入，
-计数器(CO)，其耦合到所述环形振荡器(DL、LG)的输出，和
-传输电路(CF)，配置为捕获所述环形振荡器(DL、LG)和所述计数器(CO)的当前状态，将捕获的状态解码为时间戳，并且根据所述时间戳将数据传输到所述存储器(ME、M1至M4)中。


6.根据权利要求1至5之一所述的半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里·格洛弗，曼弗雷德·卢埃格尔，罗伯特·卡佩尔，克里斯蒂安·莫特娜，马里奥·曼宁格，格奥尔格·勒雷尔，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT