[0002] 本申请要求于2017年6月23日在韩国知识产权局提交的韩国
专利申请No.10-2017-0079951的优先权，将其公开通过引用完全包括于此。
技术领域
[0003] 根据示例性
实施例的设备和方法涉及测量对象的距离的装置和方法。
背景技术
[0004] 近年来，已经研究了用于获得关于到对象的距离的信息的有关3D相机和光检测及测距(LIDAR)系统的技术。这些技术之一是用于测量拍摄设备和对象之间的距离的飞行时间(TOF)技术(以下称为
深度图像)。
[0005] TOF技术执行以下过程：使用发光
二极管(LED)或者
激光二极管(LD)将具有特定
波长，例如，
近红外波长(850nm)的光投射到对象；使用
光电二极管D或者相机测量或者拍摄反射离开该对象的具有相同波长的光；并且提取深度图像。正在开发各种TOF技术用于光学处理过程，比如光投射、对象反射、光调制、拍摄和处理。关于如何精确地测量到对象的距离的讨论也在进行中。
发明内容
[0006] 一个或多个示例性实施例可以提供能够使用光更精确地测量距离的距离测量装置及其方法。
[0007] 另外的示例性方面和优点将部分地在下面的描述中提出，且部分地将从描述显而易见，或者可以通过呈现的示例性实施例的实践习得。
[0008] 根据示例性实施例的一方面，一种距离测量装置包括：
光接收器，配置为检测由对象反射的光和将光转换为电
信号；饱和
电路，配置为从
电信号当中输出等于或者大于基准值的饱和信号；峰值检测器，配置为使用从饱和电路输出的饱和信号检测峰值；和处理器，配置为使用该峰值测量到对象的距离。
[0009] 饱和电路可以当电信号小于基准值时输出其幅值根据电信号的幅值改变的可变信号作为饱和信号，且可以当电信号等于或者大于基准值时输出恒定幅值的信号作为饱和信号。
[0010] 饱和电路可以包括
运算放大器和与
运算放大器并联连接的至少一个二极管。
[0011] 运算放大器的
反相输入端可以连接到二极管的第一端，且运算放大器的输出端可以连接到二极管的第二端。
[0012] 饱和电路可以进一步包括
电阻器，其中
电阻器的第一端连接到光接收器且电阻器的第二端连接到运算放大器的反相输入端和二极管的第一端。
[0013] 距离测量装置可以进一步包括设置在光接收器和饱和电路之间且与电阻器
串联连接的电容器。
[0014] 基准值可以等于二极管的正向
电压的幅值。
[0016] 饱和电路可以从电信号当中输出等于或者大于第一基准值的电信号作为第一饱和信号，且可以从电信号当中输出小于第二基准值的电信号作为第二饱和信号。
[0017] 第一基准值可以是齐纳二极管的正向电压，且第二基准值可以是齐纳二极管的齐纳电压。
[0018] 二极管可以包括并联连接到运算放大器的第一二极管，和并联连接到运算放大器和第一二极管且具有与第一二极管的极性相反的极性的第二二极管。
[0019] 饱和信号的幅值可以等于基准值的幅值。
[0020] 基准值的幅值可以是1V或者更小。
[0021] 光接收器可以包括配置为输出与所接收的光对应的
电流的光电检测器；和配置为将电流转换为电压和
输出电压作为电信号的电流电压转换器。
[0022] 光电检测器可以包括单
光子雪崩二极管(SPAD)或者
雪崩光电二极管(APD)。
[0023] 峰值检测器可以使用恒比鉴相器(CFD)方法检测峰值。
[0024] 峰值检测器可以进一步包括配置为比较
输入信号与基准值并将输入信号输出为脉冲信号的比较器。
[0025] 距离测量装置可以进一步包括配置为用激光脉冲的形式的光照射对象的
光源。
[0026] 根据另一示例性实施例的一方面，一种测量距离的方法包括：检测由对象反射的光和将光转换为电信号；从电信号当中输出作为等于或者大于基准值的电信号的饱和信号；使用饱和信号检测峰值；和使用峰值测量到对象的距离。
[0027] 饱和信号的输出可以包括当电信号小于基准值时输出其幅值根据电信号的幅值改变的可变信号，和当电信号等于或者大于基准值时输出恒定幅值的饱和信号。
附图说明
[0028] 这些和/或其他方面和优点将从结合附图的示例性实施例的以下描述中变得明显和更容易理解，在附图中：
[0029] 图1是根据示例性实施例的距离测量装置的
框图；
[0030] 图2是根据示例性实施例的饱和电路的图；
[0031] 图3是从光接收器输出的信号的参考图；
[0032] 图4是接收和输出图3的信号的恒比鉴相器(CFD)电路的结果的参考图；
[0033] 图5是根据示例性实施例的操作距离测量装置的方法的
流程图；
[0034] 图6是根据另一示例性实施例的距离测量装置的图；
[0035] 图7是根据示例性实施例的从饱和电路输出的信号的参考图；
[0036] 图8是根据示例性实施例的从作为一种类型的峰值检测器的CFD电路输出的信号的参考图；
[0037] 图9是根据示例性示例实施例的饱和电路的图；
[0038] 图10是根据示例性示例实施例的饱和电路的图；
[0039] 图11是根据另一示例性实施例的饱和电路的图；和
[0040] 图12是根据另一示例性实施例的饱和电路的图。
具体实施方式
[0041] 现在将详细参考示例性实施例，其在附图中图示，其中相同的附图标记贯穿地指示相同的元件。在这点上，本示例性实施例可以具有不同形式且不应该被看作为限于在这里提出的描述。因此，以下仅通过参考附图描述示例性实施例以解释各方面。
[0042] 在下文中，将参考附图描述根据各种示例性的实施例的距离测量装置及其方法。图1是根据示例性实施例的距离测量装置100的框图。参考图1，距离测量装置100可以包括：
光源110，用于发射光到对象10上；光接收器120，用于检测由对象反射的光和用于将光转换为电信号；饱和电路130，用于输出电信号当中的等于或者大于基准值的信号作为饱和信号；峰值检测器140，用于从自饱和电路130输出的信号检测峰值；和处理器150，用于使用检测到的峰值测量到对象的距离。
[0043] 光源110可以是发光的任何装置。例如，光源110可以发射红外光。然而，除发射红外光之外，光源110可以发射其他波长的光。在该情况下，可以使用用于移除关于混合的自然光的信息的校正。例如，光源110可以是激光源。然而，这仅是示例性的。光源110可以是边缘发射
激光器、垂直空穴表面发射激光器(VCSEL)和分布式反馈激光器中的任何一个。例如，光源110可以是激光二极管。光源110不需要实现为具有光接收器120、饱和电路130、峰值检测器140和处理器150的单个
外壳。光源可以包括多个光源。
[0044] 光接收器120可以将由对象10反射或者散射的光转换为电信号，例如，电压。光接收器120可以包括用于输出与光对应的电信号，例如，电流的光电检测器122，和用于将从光电检测器122输出的电流转换为电压的电流电压转换电路124。另外，光接收器120可以进一步包括用于会聚由对象10反射的光的透镜等。
[0045] 光电检测器122可以是光接收元件。光电检测器122可以是在施加
偏压的状态下操作的光接收元件。例如，光电检测器122可以包括雪崩光电二极管(APD)或者单光子
雪崩二极管(SPAD)。光接收器120的电路配置可以取决于在光接收器120中是否包括APD或者SPAD而改变。例如，电路配置可以是模拟前端(AFE)或者时间数字计数器(TDC)。因为特定电路配置一般对本领域的技术人员是已知的，在这里将不给出其详细说明。
[0046] 饱和电路130可以输出在从光接收器120输入的电信号当中等于或者大于基准值的信号作为饱和信号。例如，如果输入电信号小于基准值，则饱和电路130可以输出其幅值根据输入电信号的幅值改变的可变信号。如果输入电信号大于基准值，则饱和电路130可以输出恒定幅值的饱和信号。饱和信号的绝对值可以与基准值相同，且符号可以彼此相反。基准值的幅值可以是大约1V或者更小。
[0047] 图2是根据示例性实施例的饱和电路130的图。参考图2，饱和电路130可以包括运算放大器132和并联连接到运算放大器132的二极管D。二极管D可以是基于
PN结的二极管D。例如，二极管D可以包括PN二极管、齐纳二极管等。
[0048] 运算放大器132的输入端可以包括反相输入端(-)和
非反相输入端(+)。运算放大器132的反相输入端(-)可以连接到光接收器120的输出端，且运算放大器132的非反相输入端(+)可以接地。运算放大器132的输出端可以连接到峰值检测器140的输入端。二极管D的一端可以连接到光接收器120的输出端和运算放大器132的反相输入端(-)。二极管D(
开关器件)的另一端可以连接到运算放大器132的输出端和峰值检测器140的输入端。
[0049] 饱和电路130可以进一步包括电阻器R，该电阻器R在一端连接到光接收器120且在另一端连接到运算放大器132的反相输入端(-)和二极管D的一端。电阻器R的电阻可以由要输出的饱和信号的幅值确定。
[0050] 如果输入到饱和电路130的电信号小于基准值，则饱和电路130可以输出其幅值根据输入电信号的幅值改变的可变信号。可变信号的幅值由输入电信号、电阻器R和二极管D的内部电阻确定。更详细地，可变信号的幅值可以与输入电信号的幅值和二极管D的内部电阻成正比，且可以与电阻器R的电阻成反比。另外，因为运算放大器132操作为反相放大器132，输入电信号和可变信号的符号可以彼此相反。
[0051] 如果输入到饱和电路130的电信号等于或者大于基准值，则饱和电路130可以输出具有恒定幅值的饱和信号，例如通过正向压降的恒定幅值的电压，而无论输入电信号的幅值如何。这里，基准值可以是二极管D的正向电压Vd。饱和信号的绝对值可以与基准值相同，且符号可以彼此相反。
[0052] 峰值检测器140可以检测从饱和电路130施加的电信号中的峰值。峰值检测器140可以通过检测电信号的上升沿和下降沿来检测峰值。峰值检测器140可以将从饱和电路130输出的信号，即通过组合可变信号和饱和信号获得的信号，划分为多个信号，且可以使用恒比鉴相器(CFD)方法检测峰值，该恒比鉴相器(CFD)方法用于通过反转和时间延迟某些信号并将它们与剩余信号组合来检测过零点。使用CFD方法的电路可以是CFD电路。峰值检测器140可以进一步包括比较器，且可以将检测到的峰值输出为脉冲信号。替代地，峰值检测器
140可以仅包括将从饱和电路130输出的饱和信号作为
高电平信号输出的比较器。
[0053] 处理器150可以使用由峰值检测器140检测到的峰值来测量到对象10的距离。例如，处理器150可以使用由峰值检测器140检测到的峰值的检测时间和从光源110发射的光的发射时间之间的时间差来测量到对象的距离。使用峰值测量距离的方法一般对本领域技术人员是已知的，且因此，在这里将不给出其详细说明。
[0054] 光接收器120可以根据从光源110发射的光的强度、到对象的距离、对象的反射率等接收各种强度的光。因此，光接收器120可以输出各种幅值的电信号。
[0055] 图3是从光接收器输出的信号的参考图，且图4是接收和输出图3的信号的CFD电路的结果的参考图。如图3所示，从光接收器120输出的电信号的幅值可变。因此，电信号的峰值的幅值可变。可以看到，在距离变得更接近于对应于峰值P的时间点时，朝向峰值P电信号的偏移变得更大。也可以看到电信号的下降曲线比电信号的上升曲线偏离更多。然而，可以看到对应于电信号的峰值点的时间点几乎相等。
[0056] 当输入图3的电信号，即，具有向着峰值的大偏移的电信号时，CFD电路输出图4所示的结果。CFD电路将输入信号划分为多个信号，并使用CFD方法检测峰值，该CFD方法通过反转和时间延迟某些信号并将它们与剩余信号组合来检测过零点。然而，当输入具有向着峰值的大偏移的电信号时，可以看到通过O形圆圈的点的范围410增大，如图4所示。这导致峰值检测的误差。也就是，即使对应于实际的峰值点的时间点几乎相等，随着电信号的幅值改变，精确的峰值检测也可能是困难的。
[0057] 同时，如图3所示，可以看到当距对应于峰值P的时间点的距离增加时，电信号的偏移减小。因此，当使用具有较小偏移的电信号检测峰值时，可以减少峰值检测的误差。根据示例性实施例的饱和电路130可以输出等于或者大于基准值的电信号作为饱和信号，以使得可以使用具有接近于零的幅值的电信号。
[0058] 图5是根据示例性实施例的操作距离测量装置100的方法的流程图。参考图5，在操作S510中，光接收器120接收由对象反射的光。光源110可以以预定时间间隔向对象发射光。光源110可以以预定时间间隔发射激光脉冲
波形。从光源110发射的光由对象反射，且反射的光中的至少一些可以由光接收器120接收。光源110可以是边缘发射激光器、垂直空穴表面发射激光器(VCSEL)和分布式反馈激光器中的任何一个。例如，光源110可以是激光二极管。
[0059] 在操作S520中，光接收器120将由对象反射或者散射的光转换为电信号，例如，电压。由对象反射的光可以由透镜会聚，且光电检测器122可以输出与会聚的光对应的电流。然后，电流电压转换电路124可以将电流转换为电压并输出电压。光电检测器122可以是光接收元件且可以在施加偏压的状态下操作。但是，本公开不限于此。例如，光电检测器122可以包括APD或者SPAD。
[0060] 在操作S530中，饱和电路130比较从光接收器120输入的电信号的幅值与基准值。如果输入电信号等于或者大于基准值(操作S530中的“是”)，在操作S540中，输出恒定幅值的饱和信号而无论输入电信号的幅值如何。
[0061] 替代地，如果输入电信号小于基准值(操作S530中的“否”)，则在操作S550中，输出其幅值根据输入电信号的幅值改变的可变信号。基准值可以具有饱和电路130中包括的二极管D的正向电压的幅值，且可以是大约1V或者更小。饱和信号的绝对值可以与基准值相同，且符号可以彼此相反。
[0062] 饱和电路130可以包括运算放大器132和并联连接到运算放大器132的二极管D。二极管D可以包括PN结。例如，二极管D可以包括PN二极管、齐纳二极管等。运算放大器132的输入端可以包括反相输入端(-)和非反相输入端(+)。运算放大器132的反相输入端(-)可以连接到光接收器120的输出端，且运算放大器132的非反相输入端(+)可以接地。运算放大器132的输出端可以连接到峰值检测器140的输入端。二极管D的一端可以连接到光接收器120的输出端和运算放大器132的反相输入端(-)。二极管D(开关器件)的另一端可以连接到运算放大器132的输出端和峰值检测器140的输入端。
[0063] 饱和电路130可以进一步包括电阻器R，该电阻器R在一端连接到光接收器120且在另一端连接到运算放大器132的反相输入端(-)和二极管D的一端。电阻器R的电阻可以由要输出的饱和信号的幅值确定。
[0064] 在操作S560中，峰值检测器140可以从从饱和电路130接收到的信号检测峰值。峰值检测器140可以通过检测从饱和电路130接收到的信号，即，其中组合可变信号和饱和信号的信号的上升沿和下降沿来检测峰值。替代地，峰值检测器140可以将从饱和电路130接收到的信号划分为多个信号，且可以使用CFD方法检测峰值，该CFD方法用于通过反转和时间延迟某些信号并将其与剩余信号组合来检测过零点。使用CFD方法的电路可以是CFD电路。峰值检测器140可以进一步包括比较器，且可以将检测到的峰值输出为脉冲信号。替代地，峰值检测器140可以仅包括输出作为高电平信号的饱和信号的比较器。
[0065] 在操作S570中，处理器150可以使用峰值检测时间测量到对象的距离。例如，处理器150可以使用峰值检测和从光源110的光发射之间的时间差测量到对象的距离。因为这种使用峰值测量距离的方法通常对本领域技术人员是已知的，在这里将不给出其详细说明。
[0066] 图6是根据另一示例性实施例的距离测量装置100a的图。参考图1和图6，图6的距离测量装置100a可以包括串联连接在光接收器120和饱和电路130之间的电容器C。也就是，电容器C的一端可以连接到光接收器120且另一端可以连接到饱和电路130，例如，连接到饱和电路130的电阻器R。图6所示的电容器C和电阻器R可以一起形成高通
滤波器160。因此，通过仅发送具有高于特定
频率的频率的电信号，可以从自光接收器120输出的电信号当中去除来自其他电信号的任何噪声。此外，图6所示的电容器C使得电信号的曲线更平缓。因此，可以减小输入到饱和电路130的信号的偏移。
[0067] 图7是根据示例性实施例的从饱和电路130输出的信号的参考图。图7的波形是图3所示的信号在通过
高通滤波器160之后通过饱和电路130的结果。可以看到，饱和电路130从输入电信号当中输出等于或者大于基准值的电信号作为恒定幅值的饱和信号，并输出小于基准值的电信号作为其幅值改变的可变信号。可以看到，图7所示的电信号的上升沿710是基准值的开始点。另外，因为从饱和电路130输出的信号的偏移很小，可以减少峰值检测中的任何误差。
[0068] 图8是根据示例性实施例的从可以用作峰值检测器140的CFD电路输出的信号的参考图。图7的电信号输入到CFD电路，且
输出信号如图8所示。因为从多个信号当中输入小的偏移的信号，所以可以看到，通过O形圆圈的点的范围810比图4的小得多。
[0069] 图9是根据另一示例性实施例的饱和电路130a的图。参考图2和图9，图9的饱和电路130a可以包括多个二极管D1和D2。例如，图9的饱和电路130a可以包括并联连接到运算放大器132的第一二极管D1以及并联连接到运算放大器132和第一二极管D1的第二二极管D2。第二二极管D2可以具有与第一二极管D1的极性相反的极性。第一和第二二极管D1和D2中的每一个可以包括PN结。第一二极管D1和第二二极管D2的正向电压可以相同。因此，电信号当中的等于或者大于第一基准值的电信号可以作为饱和信号输出，且小于第一基准值的电信号可以作为可变信号输出。第一二极管D1和第二二极管D2的正向电压可以相同，但是本公开不限于此。第一二极管D1和第二二极管D2的正向电压可以彼此不同。图2和图9的饱和电路130和130a示为每个包括电阻器R，但是不限于此。可以从饱和电路130和130a省略电阻器R。
[0070] 图10是根据另一示例性实施例的饱和电路130b的图。参考图2和图10，图10的饱和电路130b可以包括齐纳二极管Dz。齐纳二极管Dz可以用于输出多个饱和信号。例如，如果输入到饱和电路130b的电信号等于或者大于第一基准值，则饱和电路130b可以通过正向压降输出恒定幅值的第一饱和信号，而无论输入电信号的幅值如何。第一基准值可以是齐纳二极管Dz的正向电压。第一饱和信号的绝对值可以与齐纳二极管Dz的正向电压相同，且符号可以彼此相反。如果输入电信号等于或者小于第二基准值，饱和电路130b可以通过齐纳击穿现象输出恒定幅值的第二饱和信号，而无论输入电信号的幅值如何。第二基准值可以是齐纳二极管Dz的齐纳电压。第二饱和信号的绝对值可以与齐纳二极管Dz的齐纳电压相同，且符号可以彼此相反。
[0071] 此外，如果输入电信号在第一基准值和第二基准值之间，饱和电路130b可以输出其幅值根据输入电信号的幅值改变的可变信号。
[0072] 图11和图12是根据其他示例性实施例的饱和电路130c和130d的图。如图11所示，饱和电路130c可以仅包括一个二极管D，且可以省略运算放大器。例如，图11的饱和电路130c可以在一端连接到光接收器120和峰值检测器140，且可以在另一端可以包括接地的二极管D。替代地，图12的饱和电路130d可以在一端连接到光接收器120和峰值检测器140，且可以在另一端包括接地的第一和第二二极管D1和D2。第一和第二二极管D1和D2的相反极性端可以彼此连接。因此，图11的饱和电路130c输出一个饱和信号，而图12的饱和电路130d可以输出两个饱和信号。
[0073] 因为根据示例性实施例的距离测量装置100a输出从自光接收器120输出的电信号当中输出的的满足预定条件的信号作为恒定幅值的饱和信号，可以减小输入到峰值检测器140中的信号的偏移，且可以增大峰值检测器140的检测速度，且因此，可以减少检测误差。
当测量对象的距离时可以通过减少检测误差来改进
分辨率。
[0074] 如上所述，已经大体上描述了示例性实施例。每个示例性实施例内的特征或者方面的描述应该典型地被认为是可用于其他示例性实施例中的其他类似的特征或者方面。应当理解，在这里描述的示例性实施例应该仅以描述性意义来考虑而并非为了限制。虽然已经参考附图描述了一个或多个示例性实施例，本领域技术人员将理解在其中可以做出形式和细节上的各种改变而不脱离如以下
权利要求所定义的精神和保护范围。
