基于飞行时间的测距方法和测距系统与流程

本申请涉及飞行时间传感技术，尤其涉及一种间歇性地产生连续多个脉冲以侦测飞行时间的测距方法，及其相关的飞行时间测距系统。

背景技术：

基于飞行时间(timeofflight，tof)的距离测量技术中，通常会利用连续波调制(continuouswavemodulation)来测量目标物的距离。连续波调制通过对目标物连续地发送经正弦波调制得到的光信号，得到发射端与接收端正弦波的相位偏移，从而测量目标物的距离。连续波调制可减少由测量器件或者环境光所引起的偏差。然而，连续波调制需要多次的采样和积分，不仅耗费较长的测量时间，若目标物正处于运动状态，也会产生较大的测量误差。此外，系统功耗也因为需要连续发送正弦波的缘故而增加。

因此，需要一种创新的飞行时间光传感机制，其可精确且迅速地测量目标物的距离，并且满足低耗能的需求。

技术实现要素：

本申请的目的之一在于公开一种间歇性地产生连续多个脉冲以侦测飞行时间的测距方法，及其采用该方法的飞行时间测距系统，来解决现有技术中飞行时间测距系统功耗高、测量误差大的技术问题。

本申请的一实施例公开了一种基于飞行时间的测距方法。所述测距方法包括以下步骤：从发射端间歇性地发送连续n个脉冲，n是大于1的正整数，其中所述连续n个脉冲被目标物反射而产生反射信号；于所述反射信号抵达接收端的预定采样区间内，根据预定采样时间间隔对所述反射信号进行多次采样操作以产生采样结果；根据所述采样结果，侦测所述连续n个脉冲中单个脉冲从所述发射端到所述接收端的飞行时间；以及根据所述飞行时间测量所述目标物与参考位置的距离。

本申请的另一实施例公开了一种基于飞行时间的测距系统。所述测距系统包括脉冲产生单元、控制电路和飞行时间传感器。所述控制电路耦接于所述脉冲产生单元，用以驱动所述脉冲产生单元间歇性地发送连续n个脉冲，其中n是大于1的正整数，所述连续n个脉冲被目标物反射而产生反射信号。所述飞行时间传感器由所述控制电路所控制，用以所述反射信号抵达所述飞行时间传感器的预定采样区间内，根据预定采样时间间隔对所述反射信号进行多次采样操作以产生采样结果，根据所述采样结果侦测所述连续n个脉冲中单个脉冲的飞行时间，以及根据所述飞行时间测量所述目标物与所述测距系统之间的距离。

本申请所公开的飞行时间传感方案/测距方案通过间歇性地发送连续至少两个脉冲以及一个脉冲周期的采样操作，即可得到相位偏移信息，从而测量目标物的距离。因此，本申请所公开的飞行时间传感方案/测距方案不仅可以维持良好的量测质量，还能够迅速地测量目标物的距离，以及具备低耗能的功效。

附图说明

图1是本申请基于飞行时间的测距系统的一实施例的功能方框示意图。

图2是本申请基于飞行时间的测距方法的一实施例的流程图。

图3是图1所示的测距系统的像素阵列中单个像素的电路结构的一实施例的示意图。

图4是图3所示的像素所涉及的信号时序的一实施例的示意图。

图5是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。

图6是图1所示的测距系统的像素阵列中单个像素的电路结构的另一实施例的示意图。

图7是图6所示的像素所涉及的信号时序的一实施例的示意图。

图8是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。

图9是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。

图10是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。

图11是图3所示的像素所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100基于飞行时间的测距系统

102目标物

110脉冲产生单元

120控制电路

130飞行时间传感器

132像素阵列

134处理电路

202、204、206、208步骤

332、632像素

333第一光电读取电路

334第二光电读取电路

635第三光电读取电路

mr1第一复位晶体管

mr2第二复位晶体管

mr3第三复位晶体管

mt1第一传输晶体管

mt2第二传输晶体管

mt3第三传输晶体管

mf1第一输出晶体管

mf2第二输出晶体管

mf3第三输出晶体管

mw1第一读取晶体管

mw2第二读取晶体管

mw3第三读取晶体管

mb抗晕晶体管

fd1第一浮动扩散节点

fd2第二浮动扩散节点

fd3第三浮动扩散节点

pd光传感器

el脉冲光信号

rl反射信号

t时间长度

rst复位信号

tx1第一控制信号

tx2第二控制信号

tx3第三控制信号

tx4第四控制信号

sc采样控制信号

sel选择信号

po1第一像素输出

po2第二像素输出

po3第三像素输出

pr光响应信号

pe1、pe2、pe3、pe4、pea、peb、re1、脉冲

re2、re3

t0-t6、ta、tb、tc、tl时间点

td1、td2一段延迟时间

ts预定采样时间间隔

tn1、tn2预定采样区间

具体实施方式

在说明书及之前的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及之前的权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的基准。在通篇说明书及之前的权利要求书当中所提及的“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包括但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包括任何直接和间接的电连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电连接于所述第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电连接到所述第二装置。

本申请所公开的飞行时间测距方案可通过从发射端发送至少连续的两个脉冲，并且在相应的反射信号(由目标物反射所述至少连续两个脉冲而产生)抵达接收端的预定采样区间(诸如长度等于一个脉冲的周期时间的一段时间区间)，对所述反射信号进行多次采样，以实现基于脉冲调制模拟连续波调制的传感机制。进一步的说明如下。

图1是本申请基于飞行时间的测距系统的一实施例的功能方框示意图。测距系统100可用于探测目标物102与测距系统100之间的距离，需注意的是，目标物102与测距系统100之间的距离应小于或等于测距系统100的最大测量距离。举例来说(但本申请不限于此)，测距系统100可以是三维成像系统，其可采用时间飞行法来测量周遭目标物的距离，从而获得景深和三维图像信息。

值得注意的是，测距系统100可实施为多种不同类型的飞行时间测距系统，诸如基于飞行时间的光学测距系统、基于飞行时间的声波测距系统、基于飞行时间的雷达测距系统，或其他类型的飞行时间测距系统。为简洁起见，以下以测距系统100实施为光学测距系统的实施例来说明本申请的飞行时间测距方案。然而，本领域所属技术人员应可了解本申请的飞行时间测距方案可应用于任何基于飞行时间的测距系统。

测距系统100可包括(但不限于)一脉冲产生单元110、一控制电路120和一飞行时间传感器130。脉冲产生单元110用以间歇性地发送连续n个脉冲，其中n是大于1的正整数，各个脉冲的脉冲周期的时间长度可标示为t。例如，在发送出一批连续n个脉冲之后，脉冲产生单元110会停止发送脉冲一段时间，而这段时间可远大于或大于各个光脉冲的脉冲周期(pulseperiod)。一直到下一次启动时，脉冲产生单元110可再次发送一批连续n个脉冲。

于此实施例中，测距系统100可以是基于飞行时间的光学测距系统，因此，脉冲产生单元110可由一发光单元来实施，以产生一脉冲光信号el。脉冲光信号el可以是连续n个光脉冲。也就是说，所述发光单元可间歇性地发送连续n个光脉冲，作为脉冲产生单元110所产生的连续n个脉冲。所述发光单元可以是(但不限于)激光二极管(laserdiode，ld)、发光二极管(lightemittingdiode，led)或其他可以产生光脉冲的发光单元，其中激光二极管所产生的光脉冲是相干光(coherentlight)，而发光二极管所产生的光脉冲是非相干光(incoherentlight)。

值得注意的是，脉冲产生单元110可产生其他类型的脉冲，诸如声波脉冲或电磁波脉冲。例如，在测距系统100实施为声波测距系统的实施例中，脉冲产生单元110可由一声波发生器来实施。所述声波发生器用以间歇性地发送连续n个声波脉冲(诸如超声波脉冲)，作为脉冲产生单元110所产生的连续n个脉冲。又例如，在测距系统100实施为雷达测距系统的实施例中，脉冲产生单元110可由一电磁波发生器来实施。所述电磁波发生器用以间歇性地发送连续n个电磁波脉冲，作为脉冲产生单元110所产生的连续n个脉冲。

控制电路120耦接于脉冲产生单元110，用以驱动脉冲产生单元110产生脉冲光信号el。例如，控制电路120可驱动脉冲产生单元110间歇性地发送所述连续n个脉冲。飞行时间传感器130由控制电路120所控制，用以对目标物102反射脉冲光信号el(即，所述连续n个脉冲)所产生的一反射信号rl进行采样，以侦测测距系统100(或飞行时间传感器130)与目标物102之间的距离。于此实施例中，飞行时间传感器130可于反射信号rl抵达飞行时间传感器130的一预定采样区间，根据一预定采样时间间隔对反射信号rl进行多次采样操作，其中所述预定采样区间的时间长度可大于或等于单个脉冲的脉冲周期(即，时间长度t)。例如，在所述预定采样区间内，飞行时间传感器130可以每隔所述预定采样时间间隔，对反射信号rl采样一次。

在某些实施例中，控制电路120可将脉冲产生单元110发送所述连续n个脉冲之中第k个脉冲的一段时间，设定为所述预定采样区间，其中k是大于1而小于或等于n的正整数。这样，飞行时间传感器130可在脉冲产生单元110发送所述连续n个脉冲之中第k个脉冲的一段时间，依据所述预定采样时间间隔对反射信号rl多次采样操作。例如，飞行时间传感器130可在脉冲产生单元110发送连续n个脉冲之中最后一个脉冲(k＝n)的一段时间，依据所述预定采样时间间隔对反射信号rl进行采样。又例如，在n大于或等于3的情形下，飞行时间传感器130可于脉冲产生单元110发送连续n个脉冲之中倒数第个光脉冲(k＝n-1)的一段时间，依据所述预定采样时间间隔对反射信号rl进行采样。

在对反射信号rl完成采样之后，飞行时间传感器130可根据采样结果计算出反射信号rl与脉冲产生单元110所发送的脉冲光信号el之间的相位偏移。举例来说，飞行时间传感器130可包括(但不限于)一像素阵列132和一处理电路134。像素阵列132包括多个像素(未绘示于图1)，各像素可包括一光传感器(未绘示于图1)以回应反射信号rl产生一光响应信号(photoresponsesignal)。各像素可由控制电路120所控制，以于所述预定采样区间传感反射信号rl，输出所述光响应信号。处理电路134可根据控制电路120所产生的一采样控制信号sc，每隔所述预定采样时间间隔对所述多个像素所输出的光响应信号进行一次采样以产生一采样结果sr。处理电路134还可对采样结果sr进行信号处理(诸如混频处理和离散傅里叶变换)，以计算各像素(接收端)所接收的反射信号rl与脉冲产生单元110(发射端)所发送的脉冲光信号el之间的相位偏移，从而侦测出脉冲光信号el的飞行时间以及各像素与目标物102之间的距离。

需注意的是，于此实施例中，脉冲产生单元110与各像素之间的距离，远小于脉冲产生单元110与目标物102之间的距离，以及远小于各像素与目标物102之间的距离。因此，对于一个像素来说，脉冲光信号el从脉冲产生单元110发送至目标物102的飞行距离，可视为等同于反射信号rl从目标物102返回所述像素的飞行距离。处理电路134便可根据脉冲光信号el的飞行时间以及传播速度，测量目标物102与所述像素之间的距离。

测距系统100所采用的飞行时间测距方法可归纳于图2。图2是本申请基于飞行时间的测距方法的一实施例的流程图。图2所示的方法可应用于多种基于飞行时间的测距系统或多种基于飞行时间法的系统，诸如三维成像系统。为了方便说明，以下搭配图1所示的测距系统100来说明图2所示的侦测飞行时间的方法。然而，将图2所示的测距方法应用于其他基于飞行时间法的系统均是可行的。图2所示的方法可简单归纳如下。

步骤202：从发射端间歇性地发送连续n个光脉冲，n是大于1的正整数，其中所述连续n个脉冲被目标物反射而产生反射信号。例如，控制电路120可控制脉冲产生单元110间歇性地发送连续n个脉冲(脉冲光信号el)。在脉冲产生单元110发送出一批连续n个脉冲之后，控制电路120可控制脉冲产生单元110停止发送脉冲，直到下一次启动脉冲产生单元110时，才再次控制脉冲产生单元110发送下一批连续n个脉冲，其中相邻两次发送连续n个脉冲之间的时间间隔可大于或远大于单个脉冲的脉冲周期(即，时间长度t)。此外，目标物102可反射脉冲光信号el以产生反射信号rl。

步骤204：于所述反射信号抵达接收端的预定采样区间内，根据预定采样时间间隔对所述反射信号进行多次采样操作以产生采样结果。例如，在反射信号rl抵达飞行时间传感器130的期间中相当于单个脉冲周期的一段时间(即，预定采样区间)内，控制电路120可控制飞行时间传感器130依据预定采样时间间隔对反射信号rl进行多次采样，以产生采样结果sr。又例如，于脉冲产生单元110发送所述连续n个脉冲之中第k个脉冲的期间，控制电路120可控制飞行时间传感器130依据预定采样时间间隔对反射信号rl进行多次采样，以产生采样结果sr，其中k为大于1而小于或等于n的正整数。

步骤206：根据所述采样结果，侦测所述连续n个脉冲中单个脉冲从所述发射端到所述接收端的飞行时间。例如，飞行时间传感器130(或处理电路134)可对所述采样结果sr进行信号处理(例如，包含混频和离散傅里叶变换的信号处理)，计算反射信号rl与脉冲光信号el之间的相位偏移，以侦测脉冲光信号el中单个脉冲的飞行时间。

步骤208：根据所述飞行时间测量所述目标物与参考位置之间的距离。所述参考位置可以是(但不限于)所述发射端的位置、所述接收端的位置、包括所述发射端和所述接收端的电子装置的位置，或其他可根据所述发射端、所述接收端与所述目标物之间的相对位置关系所定义的参考位置。例如，在脉冲产生单元110与像素阵列132中各像素之间的距离，远小于脉冲产生单元110与目标物102之间的距离，以及远小于各像素与目标物102之间的距离的实施例中，飞行时间传感器130(或处理电路134)可根据脉冲光信号el中单个脉冲的飞行时间，测量目标物102与各像素之间的距离。

于步骤204中，所述预定采样区间的时间长度可大于或等于所述连续n个脉冲之中单个光脉冲的脉冲周期，使采样操作可涵盖一个脉冲。然而，本申请并不以此为限。例如，在某些实施例中，所述预定采样区间的时间长度略小于单个脉冲周期也是可行的。

此外，于某些实施例中，各像素的采样结果除了包括光传感器回应反射信号rl所产生的光响应信号以外，还可包括不是回应反射信号rl所产生的参考信号。例如，对所述反射信号进行采样(步骤204)可包含：在输出一像素的光响应信号的同时，输出所述像素中不是回应反射信号rl所产生的参考信号，并且将光响应信号和参考信号相减以作为所述像素的采样结果。这样，可以减少采样结果受到环境中的噪声干扰。

再者，在某些实施例中，像素的光传感器的光响应信号可通过两个传输路径输出，其中各传输路径于导通时接收所述光响应信号，以产生光响应信号，以及于关闭时产生参考信号。这两个传输路径导通与关闭的时机可分别由具有不同相位的两个控制信号所控制。这样，本申请所公开的飞行时间测距方案可通过间歇式连续脉冲波调制发射光的方式，模拟连续光调制的传感机制。

为了方便说明，以下采用一种像素电路的实施方式来说明本申请所公开的飞行时间测距方案。然而，本发明并不以此为限。任何可以搭配图2所示的测距方法来侦测飞行时间的像素电路结构均是可行的。请参阅图3，其为图1所示的像素阵列132中单个像素的电路结构的一实施例的示意图。于此实施例中，像素332包括(但不限于)一光传感器pd、一第一光电读取电路333和一第二光电读取电路334。光传感器pd(诸如光电二极管)用以进行光传感操作。例如，光传感器pd可传感反射信号rl以对应的产生一光响应信号pr，其中光响应信号pr可通过第一光电读取电路333(一第一传输路径)和第二光电读取电路334(一第二传输路径)其中的至少一个光电读取电路输出。在一些实施例中，光电二极管可将接收到的光信号转换成对应大小的光电流信号，即光响应信号pr可以是表征光信号大小的电流信号，光电读取电路用于读取所述的光电流信号。

于反射信号rl抵达像素332的期间中的一预定采样区间内，第一光电读取电路333可根据一第一控制信号tx1选择性地耦接于光传感器pd，以产生一第一像素输出po1，其中第一控制信号tx1可由图1所示的控制电路120来提供。也就是说，像素332可根据第一控制信号tx1选择性地通过所述第一传输路径接收光响应信号pr，以产生第一像素输出po1。

此外，于所述预定采样区间内，第二光电读取电路334可根据一第二控制信号tx2选择性地耦接于光传感器pd，以产生一第二像素输出po2，其中第二控制信号tx2可由图1所示的控制电路120来提供，并具有与第一控制信号tx1不同的相位。也就是说，像素332可根据第二控制信号tx2选择性地通过所述第二传输路径接收所述光响应信号pr，以产生第二像素输出po2。

需注意的是，在所述预定采样区间内，至少会有第一光电读取电路333或第二光电读取电路334耦接于光传感器pd。图1所示的处理电路134可根据采样控制信号sc，每隔一预定采样时间间隔采样各像素的第一像素输出po1和所述第二像素输出po2，以及根据第一像素输出po1和第二像素输出po2产生采样结果sr。因此，对于每隔所述预定采样时间间隔所进行的采样操作来说，光响应信号pr至少会从第一光电读取电路333与第二光电读取电路334两者的其中之一输出到图1所示的处理电路134。例如，当第一光电读取电路333于所述预定采样区间内耦接到光传感器pd时，第一光电读取电路333可采样光响应信号pr，以产生第一像素输出po1。当第二光电读取电路334于所述预定采样区间内耦接到光传感器pd时，第二光电读取电路334可采样光响应信号pr，以产生第二像素输出po2。

于此实施例中，第一光电读取电路333可包括(但不限于)一第一复位晶体管mr1、一第一传输晶体管mt1、一第一输出晶体管mf1和一第一读取晶体管mw1。第二光电读取电路334包括(但不限于)一第二复位晶体管mr2、一第二传输晶体管mt2、一第二输出晶体管mf2和一第二读取晶体管mw2。第一复位晶体管mr1和第二复位晶体管mr2均根据一复位信号rst来分别复位一第一浮动扩散节点fd1和一第二浮动扩散节点fd2，其中复位信号rst可由图1所示的控制电路120来提供。第一传输晶体管mt1和第二传输晶体管mt2均耦接于光传感器pd，分别根据第一控制信号tx1和第二控制信号tx2来导通，即第一传输晶体管mt1和第二传输晶体管mt2分别受控于第一控制信号tx1和第二控制信号tx2，以实现与光传感器pd的连接与断开。此外，于所述预定采样区间内所进行的每次采样操作中，至少会有第一传输晶体管mt1或第二传输晶体管mt2根据相对应的控制信号来连接到光传感器pd，以将光响应信号pr传输到第一浮动扩散节点fd1/第二浮动扩散节点fd2。

第一输出晶体管mf1和第一输出晶体管mf2分别用以放大第一浮动扩散节点fd1和第二浮动扩散节点fd2的电压信号，以分别产生一第一像素输出po1和一第二像素输出po2。第一读取晶体管mw1和第二读取晶体管mw2均根据一选择信号sel，分别将第一像素输出po1和第二像素输出po2选择性地输出，其中选择信号sel可由图1所示的控制电路120来提供。于所述预定采样区间，第一读取晶体管mw1和第二读取晶体管mw2均可根据选择信号sel来导通，以分别输出第一像素输出po1和第二像素输出po2。

由于在所述预定采样区间内，光响应信号pr至少会被传输到第一传输晶体管mt1与第二传输晶体管mt2两者的其中之一，因此，对于每隔所述预定采样时间间隔由图1所示的处理电路134所采样的第一像素输出po1与第二像素输出po2来说，至少会有一个像素输出包括对光响应信号pr进行采样的信息。

此外，于某些实施例中，除了回应反射信号rl所产生的光响应信号pr以外，第一像素输出po1与第二像素输出po2两者的其中之一还可包括不是回应反射信号rl所产生的参考信号。图1所示的处理电路134可将每次采样操作对应的第一像素输出po1和第二像素输出po2相减以产生采样结果sr，从而减少采样结果sr受到环境中的噪声干扰。例如，于所述预定采样区间内的某一次采样操作中，第二光电读取电路334耦接到光传感器pd(第二传输晶体管mt2与光传感器pd连接)以传感反射信号rl，产生第二像素输出po2，而第一光电读取电路333则是未耦接到光传感器pd(第一传输晶体管mt1与光传感器pd断开)。由于第一读取晶体管mw1仍可根据选择信号sel来导通，因此，在第一传输晶体管mt1与光传感器pd断开的情形下，第一像素输出po1即是携带了采样操作所涉及的噪声信息的一第一参考信号。图1所示的处理电路134可通过将第一像素输出po1与第二像素输出po2相减，减少采样结果sr受到环境中的噪声干扰。

也就是说，于所述预定采样区间内，当第一光电读取电路333未耦接到光传感器pd时，第一光电读取电路333可产生所述第一参考信号，作为第一像素输出po1。于所述预定采样区间内，当第二光电读取电路334未耦接到光传感器pd时，第二光电读取电路334可产生一第二参考信号(携带了采样操作所涉及的噪声信息)，作为第二像素输出po2。图1所示的处理电路134可将每次采样操作对应的第一像素输出po1和第二像素输出po2相减，以产生采样结果sr，从而减少采样结果sr受到环境中的噪声干扰。

请一并参考图1、图3和图4。图4是图3所示的像素332所涉及的信号时序的一实施例的示意图。于时间点t1，脉冲产生单元110发送连续3个脉冲pe1-pe3，作为脉冲光信号el，其中多个脉冲pe1-pe3可具有相同的脉冲周期(时间长度可标示为t)。经过一段延迟时间td1，目标物102将多个脉冲pe1-pe3反射而产生的反射信号rl(多个脉冲re1-re3)抵达像素332(时间点t2)。

接下来，于反射信号rl抵达像素332的期间(即，时间点t2与时间点t6之间)中的一预定采样区间tn1，像素332可传感反射信号rl，并产生第一像素输出po1和第二像素输出po2。于此实施例中，控制电路120可将脉冲产生单元110发送脉冲pe3的一段时间(时间点t3与时间点t5之间)，设定为预定采样区间tn1。因此，像素332可于脉冲产生单元110发送脉冲pe3的期间，传感反射信号rl以产生光传感信号pr，并输出第一像素输出po1和第二像素输出po2。处理电路134可根据采样控制信号sc，每隔预定采样时间间隔ts对第一像素输出po1和第二像素输出po2进行一次采样。

于此实施例中，预定采样时间间隔ts可以是脉冲周期的八分之一，处理电路134可以每隔预定采样时间间隔ts对第一像素输出po1和第二像素输出po2采样一次。也就是说，处理电路134可对第一像素输出po1/第二像素输出po2进行八次的采样，这八次采样结果可反映出反射信号rl在一个脉冲周期内八个相位(诸如0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2和7π/4)所对应的信号信息。然而，本申请并不以此为限。采用不同的预定采样时间间隔也是可行的。例如，预定采样时间间隔ts可以是脉冲周期的四分之一或十六分之一，相对应的采样结果可包含反射信号rl在一个脉冲周期内四个或十六个相位所分别进行的四次或十六次的采样结果。又例如，预定采样时间间隔ts可以是连续多个脉冲pe1-pe3中单个脉冲的脉冲周期的1/m倍，m是大于1的正整数。需注意的是，采样结果所对应的相位数量越多(即m越大)，在将所得到的采样结果进行混频处理及离散傅里叶变换时，可以消除的谐波阶数越高，从而提高相位偏移信息(基频信息)的准确性。由于所得到的相位偏移信息对应于飞行时间的测量结果，因此，测量飞行时间的准确性可进一步提高。

此外，第一控制信号tx1和第二控制信号tx2之间可具有180度的相位差，使第一传输晶体管mt1于时间点t3导通以及于时间点t4关闭，第二传输晶体管mt2则是于时间点t4导通而于时间点t5关闭。因此，在时间点t3与时间点t4之间，第一像素输出po1对应于光传感器pd传感反射信号rl所产生的光响应信号pr，而第二像素输出po2是相对应的参考信号。这个参考信号是指光电读取电路334在不接收光传感器pd输出的光响应信号pr的情况下由读取晶体管mw2输出的信号，其携带了像素332对反射信号rl进行采样时的噪声信息。在时间点t4与时间点t5之间，第二像素输出po2对应于光传感器pd传感反射信号rl所产生的光响应信号pr，而第一像素输出po1是相对应的参考信号。。这个参考信号是指光电读取电路333在不接收光传感器pd输出的光响应信号pr的情况下由读取晶体管mw1输出的信号，其携带了像素332对反射信号rl进行采样时的噪声信息。

处理电路134可根据第一像素输出po1和第二像素输出po2产生像素332的采样结果。举例来说，处理电路134可将每次采样操作对应的第一像素输出po1和第二像素输出po2相减，以产生像素332的采样结果，从而降低采样结果受到噪声干扰的影响。此外，由于像素332可在预定采样区间tn1(包括相当于一个脉冲周期的一段时间)中传感反射信号rl以产生光传感信号pr，且处理电路134可每隔预定采样时间间隔ts(诸如脉冲周期的八分之一，即t/8)对各像素所产生的第一像素输出po1/第二像素输出po2进行一次采样，因此，飞行传感器130可在预定采样区间tn1内对反射信号rl进行多次采样，获得一个完整脉冲周期所对应的的信号信息。

通过处理电路134对像素332的采样结果进行相关的信号处理操作，例如，包含混频和离散傅里叶变换的信号处理，处理电路134可根据像素332的采样结果获得脉冲光信号el与反射信号rl之间的相位偏移信息，其与采用连续波调制所获得的相位偏移信息相同/相似。例如，处理电路134可分别对各次采样所对应的脉冲光信号el和采样结果(诸如第一像素输出po1和第二像素输出po2的相减结果)进行混频处理以产生混频结果，对混频结果进行离散傅里叶变换，以及根据所获得的变换结果产生相位偏移信息(诸如变换结果所包括的基频信息)。这样，本申请所公开的飞行时间测距方案可通过间歇式连续脉冲波调制发射光的方式，间歇地发送连续光脉冲，并在相应的反射信号返回接收端的期间中的一段时间(诸如单个脉冲周期的时间长度)进行多次采样，达到连续波调制的测量方式相似的效果，并具有良好的测量质量。

间歇发送连续光脉冲(至少2个)，并在反射信号抵达时的某一段时间(此段时间长度可大于或等于单个脉冲周期；例如图4的t3-t5)进行多次采样，模拟连续波调制(cwmodulation)计算tof的方式

值得注意的是，在目标物的距离是落在飞行时间传感系统的最大测量距离的一预定比例的某些实施例中，间歇性地发送连续两个脉冲即可侦测出脉冲光信号的飞行时间。请参阅图5，其为图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。于此实施例中，由于图1所示的目标物102与像素332之间的距离较短，发送脉冲光信号el与收到反射信号rl的时间差(即延迟时间td2)也会比较短(诸如脉冲周期的八分之一)。即使图1所示的脉冲产生单元110只发送连续两个脉冲，在反射信号rl中最后一个脉冲完全返回像素332之前(即时间点tl)，像素332仍可完成一个完整脉冲周期的传感操作。例如，图1所示的控制电路120可将发送最后一个脉冲的一段时间设定为一预定采样区间tn2，图1所示的处理电路134可每隔一预定采样时间间隔(诸如脉冲周期的八分之一)对像素332的像素输出进行采样。由图5可知，图1所示的处理电路134可获得反射信号rl中一个完整脉冲周期所对应的的信号信息，其与采用连续波调制所获得的相位偏移信息相同/相似。

现有的连续波调制的测量方式需连续发送多个光信号，并且需要在连续多个信号周期对反射信号进行采样，才能获得相位偏移信息。相比之下，本申请所公开的飞行时间测距方案无需连续发送多个光信号，也无需连续多个信号周期的采样操作，而是通过间歇性地发送连续至少两个光脉冲以及一个脉冲周期的采样操作，即可得到相位偏移信息。此外，由于光脉冲的瞬间能量远高于背景光的能量，因此，本申请所公开的飞行时间测距方案可大幅减少侦测结果受到背景光的影响。再者，由于连续至少两个光脉冲是间歇性地发送，因此，相比于相邻两次发送连续至少两个光脉冲的时间间隔，发送连续至少两个光脉冲所占用的时间是相当小的，这意味着本申请所公开的飞行时间测距方案的平均功率是很小的。也就是说，本申请所公开的飞行时间测距方案不仅可以维持良好的量测质量，还能够迅速地测量目标物的距离，以及具备低耗能的功效。

以上所述仅供说明的目的，并非用来限制本申请。例如，图1所示的像素阵列132可以采用共享像素结构以节省电路面积。又例如，图3所示的光电读取电路可由其他电路结构来实施。只要是通过间歇性地发送连续n个脉冲，并且于反射信号抵达接收端的期间中的预定采样区间(诸如长度等于一个脉冲周期的时间区间)进行采样以产生相位偏移信息，设计上相关的变化均遵循本申请的精神而落入本申请的范畴。

图6是图1所示的像素阵列132中单个像素的电路结构的另一实施例的示意图。图6所示的像素632和图3所示的像素332之间的差别在于像素632还包括一第三光电读取电路635，以进一步减少背景信息/噪声对测量质量的影响。于此实施例中，第三光电读取电路635包括(但不限于)一第三传输晶体管mt3、一第三复位晶体管mr3、一第三输出晶体管mf3和一第三读取晶体管mw3。第三传输晶体管mt3耦接于光传感器pd，用以根据一第三控制信号tx3来导通，其中第三控制信号tx3可由图1所示的控制电路120来提供。第三复位晶体管mr3根据复位信号rst来复位第三浮动扩散节点fd3。第三输出晶体管mf3用以放大第三浮动扩散节点fd3的电压信号，以产生一第三像素输出po3。第三读取晶体管mw3根据选择信号sel将第三像素输出po3选择性地输出。

此外，像素632还可包括一抗晕晶体管(anti-bloomingtransistor)mb，用以将光传感器pd因为接收背景光而产生的光电子汲取出来(例如，传导到电源电压)，以免影响电路的正常运作。抗晕晶体管mb可根据一第四控制信号tx4来导通，其中第四控制信号tx4可由图1所示的控制电路120来提供。

请一并参阅图6和图7。图7是图6所示的像素632所涉及的信号时序的一实施例的示意图。图7所示的信号时序图与图4所示的信号时序图大致相似，而主要的差别在于在图1所示的脉冲产生单元110发送连续多个脉冲pe1-pe3之前，第三传输晶体管mt3可根据第三控制信号tx3导通(时间点t0)，以输出光传感器pd因为接收背景光而产生的第三像素输出po3。第三像素输出po3可提供给图1所示的处理电路134。因此，在对像素632的采样结果(诸如第一像素输出po1和第二像素输出po2的相减结果)进行处理时，图1所示的处理电路134可以根据第三像素输出po3来扣除采样结果包括的背景噪声成分。

此外，在图7所示的实施例中，在第一传输晶体管mt1、第二传输晶体管mt2和第三传输晶体管mt3关闭的期间，抗晕晶体管mb可根据第四控制信号tx4导通，以将光传感器pd因为接收背景光而产生的光电子汲取出来，提升像素632抵抗背景光的能力。

请注意，图6所示的电路结构并非用来限制本申请。于某些实施例中，也可以只采用第三光电读取电路635与抗晕晶体管mb其中的一个来减少背景信息/噪声对于测量质量的影响。

于某些实施例中，本申请所公开的飞行时间测距方案可于预定采样区间之后产生脉冲，以提升传感品质。图8是图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。图8所示的实施例和图4所示的实施例之间的差别在于脉冲光信号el还包括于预定采样区间tn1之后产生的脉冲pe4。由于图3所示的第二传输晶体管tx2于实际运作时可能会延迟一段时间才关闭(即，于时间点ta之后的一段时间才关闭)，使第二传输晶体管tx2将与反射信号rl无关的信号输出，造成图1所示的处理电路134在判断飞行时间时的困难。因此，通过发送脉冲pe4，可以确保在传输晶体管并未即刻关闭的情形下，传输晶体管所输出的信号仍是回应反射信号rl而产生的。

于某些实施例中，本申请所公开的飞行时间测距方案可等到光脉冲的信号品质稳定之后，再开始侦测飞行时间。图9是图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。图9所示的实施例和图4所示的实施例之间的差别在于脉冲光信号el还包括一个或多个脉冲pea和peb。于此实施例中，图1所示的脉冲产生单元110可以先发送一个或多个脉冲pea和peb以稳定脉冲的品质。如图9所示，稳定的脉冲pe1/pe2/pe3可具有预定的波形。

于某些实施例中，本申请所公开的飞行时间测距方案所采用的控制信号(如图3所示的第一控制信号tx1和第二控制信号tx2)的相位不限于相差180度。图10是图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。图10所示的实施例和图4所示的实施例之间的差别在于第二控制信号tx2于预定采样区间tn1均处于高信号水平，使图3所示的第二传输晶体管mt2于预定采样区间tn1均处于导通状态。于此实施例中，值得注意的是，将时间点tb至时间点tc之间得到的第二光电读取电路334所输出的第二像素输出po2，扣除第一光电读取电路333所输出的第一像素输出po1的结果，与图4所示的实施例中第二光电读取电路334所输出的第二像素输出po2实质上是相同/相似的，因此，图10所示的实施例也可以侦测出飞行时间。

图11是图3所示的像素332所涉及的信号时序的另一实施例的示意图。相比于图4所示的第一控制信号tx1，图11所示的第一控制信号tx1延迟了90度。此外，图11所示的第二控制信号tx2与第一控制信号tx1之间的相位差为180度。值得注意的是，在反射信号rl中最后一个脉冲完全返回像素332之前，像素332可根据图11所示的第一控制信号tx1和第二控制信号tx2完成一个完整脉冲周期的传感操作。因此，图1所示的处理电路134仍可获得反射信号rl中一个完整脉冲周期所对应的信号信息。

由于本领域的技术人员通过阅读图1至图11的相关段落说明，应可了解只要可以完整地采样反射信号rl中一个完整脉冲周期所对应的信号信息，所采用的控制信号之间的相位关系可以有多种实施方式。因此，相关的设计变化例在此便不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。