用于背景光抑制的电路制造技术

描述了用于光传播时间传感器(22)的用于背景光抑制的电路(SBI，500)，该传感器根据相位测量原理来操作并且其光传播时间像素具有用于累积电荷的积分节点或二极管(Ga、Gb、diode_a、diode_b)，该电路具有输入级(50)、运算放大器(OP)和SBI电流源(SQ)，其中，输入级(50)具有旁路和共模电路(SBP、SVcm)，积分节点(Ga、Gb、diode_a、diode_b)的信号经由旁路和共模电路引导到运算放大器(OP)，并且运算放大器(OP)经由旁路和共模电路能够切换到最大值检测或共模操作，其中，运算放大器(OP)被设计为使得基于由输入级(50)切换到运算放大器(OP)的积分节点(Ga、Gb、diode_a、diode_b)的信号来生成用于SBI电流源(SQ)的栅极电压(gate_cs)，其中，SBI电流源(SQ)具有用于最大值检测操作的第一电流源(SQ1)以及用于共模操作的第二电流源和第三电流源(SQ2a、SQ2b)，其中，电流源(SQ1、SQ2a、SQ2b)能够经由开关(S)连接至积分节点(Ga、Gb、diode_a、diode_b)。diode_b)。diode_b)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于背景光抑制的电路


[0001]本专利技术涉及用于背景光抑制的电路。

技术介绍

[0002]在本文中，术语光传播时间或飞行时间相机或飞行时间相机系统旨在具体地包括根据发射和接收的辐射的相移获得距离的系统。特别地，具有光混频检测器(photomixing detector，PMD)的PMD相机适合作为飞行时间或TOF相机，例如DE19704496A1所描述的。
[0003]而且，从DE102004016626A1、DE102005056774A1和DE102014214733A1中已知所谓的抑制背景照明(suppressed background illumination，SBI)电路，其通过针对各个像素单独地抑制背景光来扩展像素的动态。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是在功能和节省空间布置方面来优化用于背景光抑制的电路。
[0005]该目的是通过根据本专利技术的电路来实现的。
[0006]根据本专利技术，提供了一种用于飞行时间传感器的用于背景光抑制的电路，该飞行时间传感器根据相位测量原理操作并且其飞行时间像素包括用于累积电荷的积分节点或二极管，
[0007]包括输入级、运算放大器和SBI电流源，其中，输入级包括旁路和共模开关，来自积分节点的信号经由旁路和共模开关提供给运算放大器，并且运算放大器经由旁路和共模开关可以切换到最大值检测或共模操作，
[0008]其中，运算放大器被配置为使得基于经由输入级节点切换到运算放大器的积分节点的信号，产生SBI电流源的栅极电压，
[0009]其中，SBI电流源包括用于最大值检测模式的第一电流源以及用于共模操作的第二电流源和第三电流源，其中，电流源可经由开关连接到积分节点。
[0010]该SBI电路具有总是可以为不同的应用找到合适的SBI模式的优点。
[0011]有利地，第二电流源被配置为低电流源，并且第三电流源被配置为高电流源。
[0012]这种方法具有可以根据存在的背景光使用不同的补偿电流的优点。
[0013]如果运算放大器具有差分输入级和由连接到SBI阈值电压的晶体管构成的第二支路，则是特别有用的，其中，根据操作模式，输入pa和pb或者一起连接到共模电压，或者单独连接到二极管电压。
[0014]同样，有利的是提供具有用于背景光抑制的前述电路的飞行时间像素，并且构建具有对应的飞行时间像素的飞行时间传感器。
[0015]提供包括前述电路或多个前述飞行时间像素的飞行时间相机也是有用的，并且特别地，有利的是设计用于TOF操作以及组合的TOF和三角测量操作的飞行时间相机，其中，在最大值检测模式中并且在共模操作中的TOF和三角测量操作中执行背景光抑制。
[0016]飞行时间相机被适当地配置，使得在共模操作中，根据入射在飞行时间传感器上
的外来光来执行第二电流源与第三电流源之间的切换。
[0017]该过程有利地使得能够充分地响应于不同的应用条件，使得永久地保证飞行时间相机的安全操作。
附图说明
[0018]附图示意性地示出了：
[0019]图1：飞行时间相机系统；
[0020]图2：所生成的载流子的调制积分；
[0021]图3：具有电位分布的PMD飞行时间传感器的横截面；
[0022]图4：飞行时间像素处的积分电压随时间的变化；
[0023]图5：在使用和不使用SBI的飞行时间像素处的电位曲线；
[0024]图6：现有技术中已知的用于电荷补偿的电路；
[0025]图7：最大值检测器SBI的电压曲线；
[0026]图8：共模SBI的电压曲线；
[0027]图9：根据本专利技术的电路的框图；以及
[0028]图10：运算放大器的输入级。
具体实施方式
[0029]在以下对优选实施例的描述中，相同的附图标记表示相同或相当的部件。
[0030]图1示出了通过使用飞行时间相机进行光学距离测量的测量情况，例如从DE19704496A1中已知的。
[0031]飞行时间相机系统1包括发射单元或照明模块10和接收单元或飞行时间相机20。发射单元或照明模块10包括照明设备12和相关联的束成形光学器件15；接收单元或飞行时间相机20包括接收光学器件25和飞行时间传感器22。
[0032]飞行时间传感器22包括至少一个飞行时间像素，优选地也包括像素阵列，并且具体地被配置为PMD传感器。接收光学器件25总体上由若干光学元件构成，以便改善成像特性。发射单元10的束成形光学器件15例如可以被配置为反射器或透镜光学器件。在非常简化的实施例中，还可以省去在接收侧与发射侧两者上的光学元件。
[0033]这种布置的测量原理基本上基于以下事实：从发射光和接收光的相移开始，可以确定接收光的传播时间，因此确定接收光行进的距离。为此，光源12和飞行时间传感器22经由调制器30共同地被提供具有基相位位置的特定调制信号M0。在所示的示例中，在调制器30与光源12之间还设置移相器35，借助于该移相器35，光源12的调制信号M0的基相位可以按限定的相位位置移位。对于典型的相位测量，优选地使用相位位置90
°
、180
°
和270
°
。
[0034]根据设定的调制信号，光源12发射具有第一相位位置p1或的强度调制信号S
p1
。在所示的情况下，该信号S
p1
或电磁辐射被对象40反射，并且由于行进的距离而相应地以相移以第二相位位置撞击飞行时间传感器22，作为接收信号S
p2
。在飞行时间传感器22中，调制信号M0与接收信号S
p2
混频，其中，从所得信号确定相移或
对象距离d。
[0035]此外，系统包括调制控制器27，其根据手头测量任务改变调制信号M0的相位位置和/或经由频率振荡器38调节调制频率。
[0036]优选地，照明源或光源12为红外发光二极管。当然，可以想到在其它频率范围内的其它辐射源，特别是在可见频率范围内的光源。
[0037]图2中示意性地示出了相位测量的基本原理。上曲线示出了调制信号M0的时间过程，利用该调制信号驱动照明设备12和飞行时间传感器22。由对象40反射的光根据其飞行时间t
L
以相移撞击飞行时间传感器22，作为接收信号S
p2
。飞行时间传感器22在多个调制周期内在第一累积栅极Ga中的调制信号M0的相位位置中和在第二累积栅极Gb中的移位180
°
的相位位置M0+180
°
中累积光生电荷q。根据在第一栅极Ga和第二栅极Gb中累积的电荷qa、qb的比率，可确定相移并因此可确定对象的距离d。
[0038]图3示出了例如从DE19704496C2中已知的光混频检测器的像素的横截面。调制光电栅极Gam、G0、Gbm形成PMD像素的光敏区域。根据施加到调制栅极Gam本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于飞行时间传感器(22)的背景光抑制电路(SBI，500)，所述飞行时间传感器根据相位测量原理来操作并且其飞行时间像素包括用于累积电荷的积分节点或二极管(Ga、Gb、diode_a、diode_b)；包括输入级(50)、运算放大器(OP)和SBI电流源(SQ)，其中，所述输入级(50)包括旁路和共模开关(SBP、SVCm)，所述积分节点(Ga、Gb、diode_a、diode_b)的信号经由所述旁路和共模开关供给到所述运算放大器(OP)，并且所述运算放大器(OP)经由所述旁路和共模开关能够切换到最大值检测操作或共模操作，其中，所述运算放大器(OP)被配置使得，基于经由所述输入级(50)切换到所述运算放大器(OP)的所述积分节点(Ga、Gb、diode_a、diode_b)的所述信号来生成用于所述SBI电流源(SQ)的栅极电压(gate_cs)，其中，所述SBI电流源(SQ)包括用于所述最大值检测操作的第一电流源(SQ1)以及用于所述共模操作的第二电流源和第三电流源(SQ2a、SQ2b)，其中，所述电流源(SQ1、SQ2a、SQ2b)可经由开关(S)连接至积分节点(Ga、Gb、diode_a、diode_b)。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：IFM电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：