專利名稱：多陽(yáng)極飛行時(shí)間傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛行時(shí)間傳感器，尤其涉及多陽(yáng)極飛行時(shí)間傳感器。
背景技術(shù)：
飛行時(shí)間(TOF)相機(jī)收集距一場(chǎng)景的距離數(shù)據(jù)。然而，難以收集距運(yùn)動(dòng)物體的準(zhǔn)確距離數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
光敏像素包括在絕緣襯底中形成的真空腔。光敏像素還包括用于響應(yīng)于入射在該光敏像素上的光而生成電子的光電陰極。該光電陰極位于該真空腔內(nèi)。光敏像素還包括用于收集在光電陰極處生成的電子的多個(gè)陽(yáng)極。提供本發(fā)明內(nèi)容以便以簡(jiǎn)化的形式介紹將在以下具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述的一些概念。本發(fā)明內(nèi)容并不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護(hù)主題的范圍。此外，所要求保護(hù)的主題不限于解決在本發(fā)明的任一部分中提及的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。


圖I示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示例操作環(huán)境中的示例飛行時(shí)間 (TOF)相機(jī)。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的TOF相機(jī)中包括的示例光敏像素。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于操作TOF相機(jī)的方法。圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于操作TOF相機(jī)的時(shí)序圖。圖5不出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于為TOF相機(jī)生成歸一化因子的方法。圖6不意性地不出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于操作TOF相機(jī)的另一時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式飛行時(shí)間(TOF)相機(jī)捕捉距離數(shù)據(jù)。因此，可基于所收集的距離數(shù)據(jù)來(lái)生成TOF 相機(jī)所捕捉的物體的三維圖像。在一典型的TOF相機(jī)中，任何合適波長(zhǎng)(例如，紅外、近紅外、可見光、和/或紫外線區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng))的光脈沖從TOF相機(jī)發(fā)射到物體。圖像光脈沖照亮該物體并且被該物體反射。在TOF相機(jī)的光敏表面處接收所返回的圖像光。通過(guò)測(cè)量在光敏表面處接收到所返回的圖像光的時(shí)間，TOF相機(jī)可以估算該物體的各特征距該相機(jī)的距離。因?yàn)楣馔ǔ慕卣鞣祷氐帽冗h(yuǎn)特征相對(duì)更快，所以所返回的圖像光的時(shí)間相關(guān)測(cè)量和量可以提供與該物體的各特征有關(guān)的距離信息。生成照亮遠(yuǎn)距離物體的強(qiáng)光脈沖比生成相對(duì)較低強(qiáng)度的一系列光脈沖更難。因此，一些TOF相機(jī)通過(guò)“距離選通(range gating) ”技術(shù)來(lái)執(zhí)行該時(shí)間相關(guān)測(cè)量。在典型的距離選通方法中，在光敏表面處收集的光被分成(即，“選通”)成已知持續(xù)時(shí)間的多個(gè)離散的選通事件。通過(guò)將在光敏表面處從多個(gè)脈沖接收到的光進(jìn)行積分，TOF相機(jī)可以更好地區(qū)分返回圖像光與環(huán)境光，從而潛在地改進(jìn)距離數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。此外，一些TOF相機(jī)可以間歇地發(fā)射從物體反射并在TOF相機(jī)處收集的歸一化光脈沖。所收集的返回的歸一化光測(cè)量可被用于從在選通時(shí)間段期間收集的光來(lái)校準(zhǔn)目標(biāo)物體的反射光。然而，多個(gè)因素可不利地影響上述距離測(cè)量的準(zhǔn)確度。例如，圖像光和歸一化光通常是在不同的幀中成像的并且是在不同的時(shí)間獲得的。這兩個(gè)事件的獲得時(shí)間可以由至少等于用于讀取和重置每一個(gè)幀的時(shí)間的延遲時(shí)間分開。對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體，在同一像素接收來(lái)自物體或場(chǎng)景的不同特征而非相同特征的返回的圖像光和返回的歸一化光的情況下，該延遲時(shí)間可以造成失配。在同一像素記錄來(lái)自距相機(jī)不同距離處的相同特征的返回的圖像光和返回的歸一化光的情況下，也可造成失配。因此，從失配導(dǎo)出的距離估算可能是有錯(cuò)誤的。此外，對(duì)于一些TOF相機(jī)系統(tǒng)，選通時(shí)間段可能具有非常短的持續(xù)時(shí)間，這可造成不準(zhǔn)確的距離估算。光脈沖寬度、曝光時(shí)間段的短持續(xù)時(shí)間、以及表征用于獲取選通光的測(cè)量結(jié)果的常規(guī)光敏表面的數(shù)量級(jí)大約為 10%的典型量子效率，可由于短噪聲而造成測(cè)量結(jié)果中的相對(duì)大的誤差。光敏表面的開和關(guān)狀態(tài)之間的調(diào)制比率的降低可造成其他距離估算誤差。因此，在本文中提供了 TOF相機(jī)的光敏像素和用于操作這些像素的方法的各實(shí)施例，這些實(shí)施例減少或基本上消除了各連續(xù)的選通時(shí)間段和/或各歸一化時(shí)間段之間的延遲時(shí)間，使得可相對(duì)提高距離估算的準(zhǔn)確度。圖I示意性地示出用于TOF相機(jī)104的實(shí)施例的示例操作環(huán)境100。在圖I所示的示例中，TOF相機(jī)104被配置成提供預(yù)定距離范圍134內(nèi)的物體102的圖像和距離信息。 距離范圍134包括其中可由TOF相機(jī)104準(zhǔn)確地生成距離信息的空間區(qū)域。距離范圍134 的邊界被示為近端點(diǎn)136和遠(yuǎn)端點(diǎn)138。邊界由脈沖和選通寬度及發(fā)射脈沖的時(shí)間與相機(jī)在選通時(shí)間段期間被選通打開的后續(xù)時(shí)間之間的延遲來(lái)定義。如圖I所示，TOF相機(jī)104包括用于發(fā)射照亮物體102的光脈沖130的發(fā)光器106。 在一些實(shí)施例中，發(fā)光器106可由光發(fā)射模塊116來(lái)控制。例如，光發(fā)射模塊116可控制光 130的脈沖定時(shí)、脈沖寬度、以及波長(zhǎng)中的一個(gè)或多個(gè)。返回的圖像光132是從物體102反射的，并且在光收集器108的光敏表面120處被收集。光敏表面120包括用于收集返回的圖像光132的一個(gè)或多個(gè)光敏像素(未示出)。 在一些實(shí)施例中，光收集器108可由光收集模塊118來(lái)控制。在這樣的實(shí)施例中，光收集模塊118可以控制光敏表面120中包括的光敏像素的光選通事件和光歸一化事件中的一個(gè)或多個(gè)。在圖I所示的示例中，距離估算模塊124接收來(lái)自光收集器108的返回的圖像光和/或歸一化光信息。距離估算模塊124基于由光發(fā)射模塊116和光收集模塊118提供的光發(fā)射信息和光收集信息來(lái)生成關(guān)于物體12的距離信息。如上所述，光敏表面120包括用于收集返回的圖像光和返回的歸一化光的一個(gè)或多個(gè)光敏像素。圖2示意性地示出單個(gè)光敏像素200。如在圖2中描繪的示例所示，光敏像素200包括其中形成有腔206的襯底202。在一個(gè)非限制性示例中，腔206可以是大約4 微米寬和大約2微米深。
在一些實(shí)施例中，襯底202可由絕緣材料制成。襯底202的示例材料包括但不限于無(wú)摻雜硅酸鹽玻璃(USG)和摻雜硅或無(wú)摻雜硅，但將明白，在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以使用任何合適的襯底材料。圖2中所示的示例還描繪部署在腔206之上的光學(xué)組件204。結(jié)合密封件208，光學(xué)組件204將腔206密封。密封件208可由任何合適的材料形成；例如，在一些實(shí)施例中， 密封件208可包括軟金屬。密封件208的一種示例材料可包括銦，但將明白，在一些實(shí)施例中，密封件208可包括各種合適的低揮發(fā)性聚合材料。盡管圖2中示出的示例將光學(xué)組件 204描繪成對(duì)單個(gè)光敏像素200的腔206進(jìn)行密封，但將明白，在一些實(shí)施例中，兩個(gè)或更多個(gè)光敏像素200可由光學(xué)組件204和密封件208密封成一個(gè)單元。光學(xué)組件204包括用于響應(yīng)于入射在光敏像素200上的光來(lái)生成光電子216的光電陰極210。在一些實(shí)施例中，光學(xué)組件204在光學(xué)上可以是透明的，使得可見光波長(zhǎng)范圍中的光可通過(guò)光學(xué)組件204。作為補(bǔ)充或替換，在一些實(shí)施例中，光學(xué)組件204可被配置成允許紅外和/或紫外波長(zhǎng)范圍中的光通過(guò)。在一些實(shí)施例中，光電陰極210可包括被配置成響應(yīng)于入射的返回的圖像光132 來(lái)生成光電子216的一層光電材料。不例光電材料包括但不限于GaAs、CsO、以及AlGaAs。 然而，將明白，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以采用任何合適的光電材料。在這樣的實(shí)施例中，腔206可以是真空的，使得光電子216具有充分長(zhǎng)的平均自由程以到達(dá)腔206的在其中部署了多個(gè)陽(yáng)極212的那一部分。在圖2中所示的示例中，光電陰極210被包括在腔206中，并且包括沉積在光學(xué)組件204的真空一側(cè)的一層光電材料。如上所述，腔206包括用于收集在光電陰極210處生成的光電子216的多個(gè)陽(yáng)極 212。在圖2所示的示例中，每一陽(yáng)極212包括電連接到收集器電路218的電極214。響應(yīng)于圖I的光收集模塊118選中特定陽(yáng)極212，相應(yīng)收集器電路218收集光電子216并經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)226向光收集模塊輸出所得到的電荷。電極214根據(jù)光敏像素200的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)與光電陰極210隔開。 可以相信，增加電極214與光電陰極210之間的間隔可以減少電極214與光電陰極210之間的耦合的電容，從而潛在地增加光敏像素200可在每一陽(yáng)極212之間切換的速度。此外， 如上所述，增加電極214與光電陰極210之間的間隔也可以減少光電子216可以到達(dá)電極 214的概率，從而潛在地降低在電極214處收獲的電荷。然而，將明白，收獲的電荷也隨著電極214與光電陰極210之間的間隔減少而潛在地降低，因?yàn)閺墓怆婈帢O210發(fā)射的光電子216的較少一部分可具有到達(dá)每一電極214的合適軌跡。因此，合適的間隔受收集期間的電極偏置電壓、光電陰極橫截面、以及腔206內(nèi)的真空度水平的影響。在一個(gè)非限制性示例中，光電陰極210可以距電極2142微米。在圖2所示的示例中，每一收集器電路218包括用于對(duì)相應(yīng)電極214進(jìn)行偏置的選通輸入節(jié)點(diǎn)222。例如，圖2描繪選通電容224，通過(guò)該電容可在電極214處相對(duì)于光電陰極210感生出正電荷。電極214生成吸引光電子216以進(jìn)行收集的電場(chǎng)。從電源238向選擇器節(jié)點(diǎn)228供電有選擇地將電流接轉(zhuǎn)到個(gè)別收集器電路218。因此，在圖2所示的實(shí)施例中，特定收集器電路218可響應(yīng)于從光收集模塊(例如，圖I的光收集模塊118)接收到的電路選擇信號(hào)和從電源238接收到的電力而被有選擇地激活。如在圖2中描繪的示例中所示，對(duì)選擇器節(jié)點(diǎn)228供電會(huì)打開輸出晶體管230，從而經(jīng)由放大器232將輸出節(jié)點(diǎn)226連接到電極214。因此，在電極214處收集的電荷可被放大并從收集器電路218輸出。因?yàn)樵诠怆婈帢O210處生成的光電子216的數(shù)量與在光電陰極210處接收到的返回的圖像光132的量成比例，所以在電極214處收集并從收集器電路 218輸出的電荷的量也與在光傳感像素200處接收到的返回的圖像光132的量成比例。在一些實(shí)施例中，收集器電路218還可包括用于將陽(yáng)極212重置的重置節(jié)點(diǎn)234。 在圖2所示的示例中，將重置信號(hào)應(yīng)用于重置節(jié)點(diǎn)234會(huì)打開重置晶體管236，從而將陽(yáng)極 212重置成電源238的供電電壓。將明白，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，光敏像素200可以用任何合適的方式來(lái)制造。例如，在一些實(shí)施例中，光敏像素200可以制造在硅襯底上。在這樣的實(shí)施例中， 可以使用一個(gè)或多個(gè)消去工藝來(lái)在硅襯底的第一側(cè)上圖案化并蝕刻腔206。此外，可以蝕刻出貫穿硅的通孔來(lái)將硅襯底的第一側(cè)連接到硅襯底的第二側(cè)即相對(duì)側(cè)，其中在該相對(duì)側(cè)上可經(jīng)由各種沉積和圖案化技術(shù)來(lái)形成收集器電路218的一部分。在一些實(shí)施例中，可以使用合適的鍍金屬工藝來(lái)填充該貫穿硅的通孔并形成電極214。將明白，在一些實(shí)施例中，硅襯底的第一和第二側(cè)可以指一開始分開并隨后經(jīng)由合適的襯底接合技術(shù)來(lái)接合的兩個(gè)硅襯底。最后，如上所述，可以使用合適的沉積工藝來(lái)在光學(xué)組件204上形成光電陰極210，該光電陰極隨后在腔206之上被接合到硅襯底。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的用于操作飛行時(shí)間相機(jī)的方法300。盡管方法 300可被用于操作上述硬件實(shí)施例，但將明白，方法300可被用于操作任何兼容的飛行時(shí)間相機(jī)，包括任何兼容的多陽(yáng)極光敏像素。如在圖3中所示，方法300包括在302從相機(jī)的光源發(fā)射圖像光脈沖，該光源被配置成照亮物體特征。例如，圖4示出描繪從發(fā)光器發(fā)射的圖像光脈沖402以及包括由單個(gè)光敏像素中包括的多個(gè)陽(yáng)極執(zhí)行的各返回的圖像光收集階段的選通事件的示例時(shí)序400。轉(zhuǎn)回圖3，在304，方法300包括在第一收集階段期間在光敏像素的第一陽(yáng)極處收集返回的圖像光的第一部分，返回的圖像光包括至少一部分被圖像光脈沖照亮了的物體特征所反射的圖像光。在圖4中示出的示例中，通過(guò)在第一返回的圖像光收集階段405A期間打開第一陽(yáng)極來(lái)在第一返回的圖像光收集階段405A期間收集返回的圖像光的第一部分。在一些實(shí)施例中，第一返回的圖像光收集階段405A的開始時(shí)間可以基于TOF相機(jī)的距離范圍的預(yù)定近端點(diǎn)。在圖4中示出的示例中，開始時(shí)間406與TOF相機(jī)的距離范圍的邊界的近端點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。具體而言，開始時(shí)間406被設(shè)為在圖像光脈沖402后的與所估計(jì)的圖像光脈沖402從發(fā)光器到圖I的近端點(diǎn)136處的物體并回到收集器的往返時(shí)間相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間之后。返回圖3，在306，方法300包括在第二收集階段期間在光敏像素的第二陽(yáng)極處收集返回的圖像光的第二部分。在圖4中示出的示例中，通過(guò)在第二返回的圖像光收集階段 405B期間打開第二陽(yáng)極來(lái)在第二返回的圖像光收集階段405B期間收集返回的圖像光的第二部分。在一些實(shí)施例中，第二返回的圖像光收集階段的結(jié)束時(shí)間可基于距離范圍的預(yù)定遠(yuǎn)端點(diǎn)。在圖4中示出的示例中，結(jié)束時(shí)間408與TOF相機(jī)的距離范圍的遠(yuǎn)端點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。具體而言，結(jié)束時(shí)間408被設(shè)為在圖像光脈沖402后的與所估計(jì)的圖像光脈沖402從發(fā)光器到圖I的遠(yuǎn)端點(diǎn)138處的物體并回到收集器的往返時(shí)間相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間之后。
在一些實(shí)施例中，后一收集階段可緊跟在第一收集階段之后。在圖4中示出的示例中，在陽(yáng)極切換時(shí)間410，并發(fā)地將第一陽(yáng)極關(guān)閉并且將第二陽(yáng)極打開。通過(guò)陽(yáng)極之間的緊接的過(guò)渡，返回的圖像光可在開始時(shí)間406與結(jié)束時(shí)間408之間沒(méi)有中斷的情況下來(lái)收集。盡管圖4中示出的示例中描繪了兩個(gè)返回的圖像光收集階段，但將明白，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以使用任何合適數(shù)量的選通時(shí)間段。繼續(xù)參考圖3，在308，方法300包括使用歸一化因子將返回的圖像光的第一和第二部分歸一化。歸一化因子可以計(jì)入物體的反射率。歸一化可以通過(guò)將收集階段之一除以這兩個(gè)收集階段的總和來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，歸一化因子可在每一深度幀處由TOF相機(jī)動(dòng)態(tài)地生成。圖5示出用于在每一深度幀處動(dòng)態(tài)地生成反射率歸一化因子的方法500。方法500包括在502發(fā)射歸一化光脈沖。在圖4中示出的示例中，歸一化光脈沖403由發(fā)光器在發(fā)射了圖像光脈沖402之后發(fā)射。如圖4所不，歸一化光脈沖403和圖像光脈沖402具有相同的脈沖寬度和強(qiáng)度。因此，這兩個(gè)光脈沖的光的量在量上是相同的。這可以提供對(duì)在返回的圖像光收集階段期間收集的光的量進(jìn)行縮放的方法。返回圖5，在504，方法500包括在光敏像素的第三陽(yáng)極(例如，圖2的陽(yáng)極212C) 處收集所有返回的歸一化光。在圖4中示出的示例中，在返回的歸一化光收集階段413期間打開第三陽(yáng)極。出于說(shuō)明的目的，圖4示出相對(duì)于開始時(shí)間406和結(jié)束時(shí)間408的返回的歸一化光收集階段413，以便可以收集所有返回的歸一化光412，即使被成像的物體的各部分在相機(jī)的范圍的邊界之外。繼續(xù)參考圖5，方法500包括在506基于所收集的返回的歸一化光來(lái)定義反射率歸一化因子。例如，在一些實(shí)施例中，反射率歸一化因子可被定義成在返回的歸一化光收集階段413期間收集到的總的返回的歸一化光412。這一過(guò)程可在每一深度幀處被動(dòng)態(tài)地重復(fù)。作為補(bǔ)充或替換，方法300可包括對(duì)環(huán)境光進(jìn)行補(bǔ)償以相對(duì)地減少部分地因環(huán)境光的影響而造成的測(cè)量誤差。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)在未發(fā)射光脈沖的時(shí)間期間收集環(huán)境光來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境光補(bǔ)償。以此方式，可以確定存在的環(huán)境光的相對(duì)量。不總是需要環(huán)境光補(bǔ)償。例如，在積分時(shí)間足夠短，環(huán)境光足夠低，并且準(zhǔn)確度要求足夠?qū)捤蓵r(shí)，可能不需要補(bǔ)償環(huán)境光。在執(zhí)行環(huán)境光補(bǔ)償時(shí)，在不操作照明的情況下收集信號(hào)。這可以使用任何合適的方法來(lái)完成，包括使用圖2的陽(yáng)極212C。圖6示出描繪從發(fā)光器發(fā)射的光脈沖702和各返回的圖像光收集階段及環(huán)境光收集階段的示例時(shí)序700，在這些收集階段期間順序地激活單個(gè)光敏像素中的三個(gè)陽(yáng)極以收集返回的圖像光的各部分和環(huán)境光的各部分。在圖6所示的示例中，在環(huán)境光收集階段715A期間激活陽(yáng)極3 (例如，圖2的陽(yáng)極 212C)以收集環(huán)境光714A的第一部分。在陽(yáng)極切換時(shí)間710A，與返回的圖像光收集階段 705A相一致，陽(yáng)極3被關(guān)閉并且陽(yáng)極I (例如，圖2的陽(yáng)極212A)被打開。在圖6所示的示例中，陽(yáng)極3和陽(yáng)極I之間的過(guò)渡是緊接的，使得在像素處的光收集沒(méi)有空隙。在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極切換時(shí)間710A可以基于飛行時(shí)間相機(jī)的距離范圍的預(yù)定近端點(diǎn)。在圖6中示出的示例中，陽(yáng)極切換時(shí)間710A與TOF相機(jī)的距離范圍的邊界的近端點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。如圖6所示，在陽(yáng)極切換時(shí)間710B，陽(yáng)極I被關(guān)閉并且陽(yáng)極2 (例如，圖2的陽(yáng)極 212B)被打開。在圖6所示的示例中，陽(yáng)極I和陽(yáng)極2之間的過(guò)渡是緊接的，使得在像素處的光收集沒(méi)有空隙，從而潛在地避免失配。圖6所示的示例還描繪了在陽(yáng)極切換時(shí)間710C，陽(yáng)極2被關(guān)閉且陽(yáng)極3被打開。 同樣，在圖6所示的示例中，陽(yáng)極2和陽(yáng)極3之間的過(guò)渡是緊接的，使得在像素處的光收集沒(méi)有空隙，從而潛在地避免失配。在一些實(shí)施例中，陽(yáng)極切換時(shí)間710C可以基于飛行時(shí)間相機(jī)的距離范圍的預(yù)定遠(yuǎn)端點(diǎn)。在圖6中示出的示例中，陽(yáng)極切換時(shí)間710C與TOF相機(jī)的距離范圍的遠(yuǎn)端點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。在圖6所示的示例中，第三陽(yáng)極緊靠第一返回的圖像光收集階段705A之前收集環(huán)境光的第一部分，并在緊繼最后的返回的圖像光收集階段(在圖6中被示為返回的圖像光收集階段705B)之后收集環(huán)境光的第二部分。結(jié)果，返回的圖像光收集階段705A和705B的總和收集所有返回的圖像光以及環(huán)境光的各部分714B和714C。因?yàn)榄h(huán)境光收集階段715A 和715B在不收集任何返回的圖像光的情況下收集了環(huán)境光的各部分714A和714D，所以從在返回的圖像光收集階段705A和705B中收集到的光中減去在環(huán)境光收集階段715A和 715D中收集到的環(huán)境光會(huì)大約移除所有環(huán)境光。分開的歸一化光脈沖和返回的歸一化光收集階段可能是不需要的。例如，反射率歸一化因子可以通過(guò)將在圖6的返回的圖像光收集階段705A和705B中收集到的光求和來(lái)生成。繼續(xù)參考圖3，方法300包括在314基于歸一化的各部分中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)估算到物體特征的距離。例如，在兩個(gè)選通時(shí)間段期間收集返回的圖像光(如圖4中的返回的圖像光收集階段405A和405B以及圖6中的返回的圖像光收集階段705B和705C)的各實(shí)施例中，這兩個(gè)選通時(shí)間段的相對(duì)定量比較可以指示在相機(jī)的距離范圍內(nèi)的物體的位置。因此，在一個(gè)示例中，距離(D)可被估算成返回的圖像光的第一部分(R1)、返回的圖像光的第一部分( )、返回的光的總量(R1+ )、距離范圍(U、以及取決于相機(jī)系統(tǒng)的電延遲的固定常數(shù)(c)的函數(shù)，如下式I所示。
權(quán)利要求
1.一種光敏像素(200),包括在絕緣襯底(202)中形成的真空腔(206)；用于響應(yīng)于入射在所述光敏像素上的光(132)來(lái)生成電子的光電陰極(210)，所述光電陰極位于所述真空腔中；以及用于收集在所述光電陰極處生成的電子(216)的多個(gè)陽(yáng)極(212)。
2.如權(quán)利要求I所述的光敏像素，其特征在于，所述多個(gè)陽(yáng)極被配置成在第一收集階段期間，在所述光敏像素的第一陽(yáng)極處收集入射在所述光敏像素上的光的第一部分，以及在第二收集階段期間，在所述光敏像素的第二陽(yáng)極處收集入射在所述光敏像素上的光的第二部分，所述第二收集階段緊繼所述第一收集階段之后。
3.如權(quán)利要求I所述的光敏像素，其特征在于，還包括部署在所述真空腔之上的在光學(xué)上透明的組件；以及用于將所述在光學(xué)上透明的組件密封到所述絕緣襯底的密封件。
4.如權(quán)利要求3所述的光敏像素，其特征在于，所述光電陰極包括沉積在所述在光學(xué)上透明的組件的真空側(cè)的一層光電材料。
5.如權(quán)利要求I所述的光敏像素，其特征在于，每一陽(yáng)極與相應(yīng)收集器電路電連接。
6.如權(quán)利要求5所述的光敏像素，其特征在于，每一收集器電路電連接到特定陽(yáng)極包括與所述特定陽(yáng)極電連接來(lái)對(duì)該特定陽(yáng)極進(jìn)行偏置的選通輸入節(jié)點(diǎn)；與所述選通輸入節(jié)點(diǎn)電連接以放大在所述特定陽(yáng)極處接收到的電流的放大器；電連接到所述放大器以將電流送到光收集模塊的輸出節(jié)點(diǎn)；電連接到所述放大器和所述輸出節(jié)點(diǎn)以有選擇地將電流接轉(zhuǎn)到所述輸出節(jié)點(diǎn)的選擇器節(jié)點(diǎn)；以及用于有選擇地重置所述特定陽(yáng)極的重置節(jié)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求5所述的光敏像素，其特征在于，每一收集器電路電連接到電源，所述電源被配置成有選擇地單獨(dú)地激活所述多個(gè)陽(yáng)極中的每一個(gè)。
8.如權(quán)利要求5所述的光敏像素，其特征在于，所述真空腔是在硅襯底的第一側(cè)上形成的，并且其中所述收集器電路是在所述硅襯底的相對(duì)側(cè)上形成的，每一收集器電路使用穿過(guò)通孔的互連來(lái)與特定陽(yáng)極電連接。
9.一種用于操作飛行時(shí)間相機(jī)的方法(300)，所述方法包括從所述飛行時(shí)間相機(jī)的光源發(fā)射圖像光脈沖(302)，所述光源被配置成用圖像光來(lái)照売物體；在第一收集階段期間，在光敏像素的第一陽(yáng)極處收集返回的圖像光的第一部分(304)， 所述返回的圖像光包括由所述物體反射的圖像光；以及在第二收集階段期間，在所述光敏像素的第二陽(yáng)極處收集所述返回的圖像光的第二部分(306)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括使用歸一化因子對(duì)所述返回的圖像光的第一和第二部分進(jìn)行歸一化；以及基于所述返回的圖像光的經(jīng)歸一化的第一和第二部分中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)估算距所述物體的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及多陽(yáng)極飛行時(shí)間傳感器。飛行時(shí)間(TOF)相機(jī)包括用于使用光來(lái)照亮物體的光源和用于收集由該物體反射的返回的圖像光的多個(gè)光敏像素。此外，TOF相機(jī)的每一光敏像素可包括用于響應(yīng)于入射在該像素上的返回的圖像光來(lái)生成電子的光電陰極和用于收集在該光電陰極處生成的電子的多個(gè)陽(yáng)極。
文檔編號(hào)G01S7/48GK102590821SQ20111043151
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者D·科恩 申請(qǐng)人:微軟公司