光学传感器诊断的制作方法

1.本发明涉及光学传感器的领域。更具体地，它涉及一种用于诊断光学传感器的方法和系统。
2.发明背景
3.一般而言，光学传感器，并且更具体地图像传感器(2d或3d)将光的量转换成输出值。例如，输出值可以是电压或数字代码。当在安全性关键系统中使用这些传感器时，诊断覆盖率是重要的特性。
4.对于此类传感器系统的电气部分而言，可以在没有重大影响的情况下添加诊断功能。然而，对于转换部分而言，其中入射光被转换为电值，添加诊断程序并非是直接的，而且通常很昂贵。
5.例如，这可以通过使用专门用于诊断光学传感器的附加光源来完成。然而，这将导致复杂的并且昂贵的光学设计。此类传感器的操作是不连续的。为了进行诊断，附加的光源需要被开启，并被光学传感器监测，以确定光学传感器是否仍在工作。因此，为了进行诊断，光学传感器的帧率被牺牲了。在图像传感器中，通常不是所有像素都被此类诊断系统覆盖。
6.在一些现有技术系统中，诊断是通过提供冗余的光学系统来实现的。在该情况下，附加的光学传感器被用来验证另一个光学传感器的操作。然而，实现冗余确实显著地增加了成本和复杂性。
7.另外，在一些系统中，使用软件算法来检测故障。此类系统在可预测性或覆盖率方面通常是非确定性的。
8.因此，需要一种用于诊断不如冗余系统复杂的光学传感器的好的方法和系统。


技术实现要素：

9.本发明的实施例的目的在于提供用于诊断光学传感器的良好的方法和系统。
10.以上目的由根据本发明的方法和设备来实现。
11.在第一方面，本发明的实施例涉及一种用于诊断光学传感器的方法，该光学传感器包括光电探测器和积分器。
12.该方法包括：
13.将光电探测器暴露于入射光，
14.在初始帧处获得初始积分信号，
15.执行以下步骤至少一次：改变光学传感器的至少一个控制参数，将光电探测器暴露于入射光，并在后续帧处获得一个或多个后续积分信号，
16.其中，逐帧获得积分信号，并且帧包括重置光学传感器、并在积分时间内累积来自连接光电探测器与积分器的电路的信号、并且读取积分信号的至少一个序列，
17.从所获得的积分信号中获得光学传感器的特性，
18.将所获得的特性与光学传感器的预定特性进行比较，其中，预定特性是根据至少一个控制参数来定义的，以诊断光学传感器。
19.本发明的实施例的优点在于，通过改变光学传感器的控制参数，并通过将积分信号的预期改变与积分信号的所测得的改变进行比较，可以检测光学传感器中的故障。可改变一个或多个控制参数。
20.在本发明的实施例中，预定义的特性可以包括获得的特性应落在其范围内的阈值。如果不是这种情况，则该方法可适用于标志指示光学传感器中的错误的故障。
21.在本发明的实施例中，重置、累积、和读取的时段被称为帧或子帧。若干个子帧可以存在于宏帧中。控制参数可以在宏帧级别或子帧级别被改变。它可以随机地改变，或可以被重复地调制。
22.本发明的实施例的优点在于，通过使用多个积分信号以用于获得光学传感器的特性，可以滤除可能被错误地解释为光学传感器的故障的入射光强度的改变。
23.本发明的实施例的优点在于，可以在不影响光学传感器的帧率的情况下运行诊断方法。例如，在使用附加光源来诊断光学传感器的现有技术系统中，这是不可能的。
24.在本发明的实施例中，至少一个控制参数是积分时间。
25.本发明的实施例的优点在于，可以通过改变积分时间对光学传感器进行诊断。如果对于相同强度的入射光、所累积的信号不与积分时间的改变相对应，这就意味着光学传感器的故障。
26.在本发明的实施例中，积分时间具有从50％到150％范围的比率。
27.如上文所述改变积分时间可以在一定范围内进行，该范围通常被限制在原积分时间的50％
‑
150％。积分时间在受最小量的所需灵敏度限制的低端上。当把积分时间减少到太低的值时，所得到的像素响应对于应用而言可能太低，并且信噪比被降低到低于可接受的水平。在上侧，积分时间受到饱和度的限制。当积分时间增加太多，像素开始饱和。这意味着像素输出在此类情况下受到输出范围的限制，并且对附加的光不再是响应的。这一时间点，信噪比具有急剧的降级。
28.在本发明的实施例中，积分时间的持续时间可以是有限的，使得在积分时段期间，入射光的强度的改变是不可能的。
29.在本发明的实施例中，改变光学传感器的控制参数的时间段由此与积分时间相比是可以忽略的。
30.在本发明的实施例中，至少一个控制参数是是光学传感器的增益。
31.在本发明的实施例中，光学传感器的增益是通过改变积分器的电容值来改变的。积分器例如可以是电容器，它包括两个或更多个并联的子电容器。通过连接附加的子电容器或通过断开子电容器，可以改变总电容值。
32.在本发明的实施例中，积分信号v
输出
(t)被建模为g*t+v
偏移
，其中g和v
偏移
是从所获得的积分信号中获得的光学传感器的特性。
33.在该等式中，参数g是入射光和光学传感器的增益的函数。增益可以通过改变积分器的电容值来改变。参数t是积分时间。
34.在本发明的实施例中，通过对后续的积分信号进行划分，获得光学传感器的特性。
35.该结果例如可以与预定的特性进行比较，以确定光学传感器是否仍然正确地工作。
36.在本发明的实施例中，在改变积分时间的情况下，可以将后续积分信号的比率与
积分时间的比率进行比较。
37.在本发明的实施例中，在改变电容值的情况下，可以将积分信号的比率与电容值的反比率进行比较，以确定光学传感器是否仍正确地工作。
38.在第二方面，本发明的实施例涉及光学传感器。光学传感器包括光电探测器、积分器、以及连接光电探测器与积分器的电路，使得来自光电探测器的信号或其经处理的版本可以在积分器上被累积。该光学传感器还包括控制器，该控制器被配置成用于：
39.在初始帧处获得初始积分信号，
40.执行以下步骤至少一次：改变光学传感器的至少一个控制参数，并在后续帧处获得一个或多个后续积分信号，
41.其中，逐帧获得积分信号，并且帧包括重置光学传感器、并在积分时间内累积来自连接光电探测器与积分器的电路的信号、并且读取积分信号的至少一个序列，
42.从所获得的积分信号中获得光学传感器的特性，
43.将所获得的特性与光学传感器的预定特性进行比较，其中，预定特性是根据至少一个控制参数来定义的，以诊断光学传感器。
44.在本发明的实施例中，积分器可以是电容器。
45.在本发明的实施例中，积分器可以包括多个并联电容器，其中控制器被配置成用于连接积分器的一个或多个电容器或断开对积分器的一个或多个电容器的连接。
46.在本发明的实施例中，光学传感器包括增益晶体管，该增益晶体管被配置为连接来自积分器的多个并联电容器中的电容器或断开对来自积分器的多个并联电容器中的电容器的连接。
47.本发明实施例的优点在于，增益可以在帧之间和/或子帧之间改变。该增益的改变应被反映在积分信号的改变中，并由控制器用来触发光学传感器的故障诊断。
48.在本发明的实施例中，光学传感器包括重置晶体管，重置晶体管被配置成用于对积分器电压进行重置。
49.在第三方面，本发明的实施例涉及相机，相机包括多个像素。每个像素包括光电探测器、积分器、和连接光电探测器与积分器的电路。该相机包括控制器，该控制器对于像素中的每一个像素被配置成用于：
50.在初始帧处获得初始积分信号，
51.执行以下步骤至少一次：改变光学传感器的至少一个控制参数，并在后续帧处获得一个或多个后续积分信号，
52.其中，逐帧获得积分信号，并且帧包括重置光学传感器、并在积分时间内累积来自连接光电探测器与积分器的电路的信号、并且读取积分信号的至少一个序列，
53.从所获得的积分信号中获得光学传感器的特性，
54.将所获得的特性与光学传感器的预定特性进行比较，其中，预定特性是根据至少一个控制参数来定义的，以诊断光学传感器。
55.在本发明的实施例中，相机是3d相机，并且控制器被配置成用于获得像素的深度值作为像素的特性。将所获得的特性与预定义特性进行比较与验证像素深度对于不同的测量值没有显著地改变相对应。
56.在第四方面，本发明的实施例涉及一种用于测量在对象上反射的经调制的光信号
的飞行时间的间接飞行时间系统。间接飞行时间系统包括根据本发明的实施例的、用于接收经反射的光信号的光学传感器。该飞行时间系统被配置成用于获得飞行时间的测量，该测量是用于诊断光学传感器的光学传感器的特性。
57.在典型的情况下，飞行时间在多次测量之间没有显著地改变。因此，即使当改变光学传感器的控制参数时，所获得的飞行时间的测量也不应该在多次测量之间显著地改变。在该情况下，光学传感器的预定特性是，飞行时间的测量应在多次测量之间基本上保持恒定。
58.在本发明的实施例中，连接光电探测器与积分器的电路包括混频器，该混频器被配置成用于将来自光电探测器的信号和与经调制的光信号相位相关的信号进行混频，从而使经混频的信号可以在积分器上被累积。
59.由于连接光电探测器与积分器的电路包括混频器，因此经混频的信号(来自光电探测器的信号和与经调制的光信号相位相关的信号进行混频)将在积分器上被累积。
60.在第五方面，本发明的实施例涉及一种计算机程序产品，如果在处理单元上实现，则用于执行根据本发明的实施例的用于诊断光学传感器的方法。
61.在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的那样。
62.根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。
附图说明
63.图1示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。
64.图2示出根据本发明的实施例的光学传感器的示意图。
65.图3示出根据本发明的实施例的相机的示意图。
66.图4示出光学传感器的电压随时间的变化。
67.图5示出光学传感器的输出电压针对不同的光水平随时间的变化。
68.图6示出根据本发明的实施例的、其中图示了积分时间与输出电压之间的关系、并且其中输出电压针对不同的积分时间被采样的图。
69.图7示出根据本发明的实施例、在两个积分时间之间切换的帧的序列的示意图。
70.图8示出根据本发明的实施例的、输出电压针对不同偏移值和增益随时间变化的曲线，以图示出偏移和增益特性的使用。
71.图9示出根据本发明的实施例的间接飞行时间系统的示意图。
72.图10示出根据本发明实施例的、与飞行时间系统的一个深度帧相对应的相位的序列的示意图。
73.权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
74.在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。
具体实施方式
75.将就具体实施例并且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权
利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的且是非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。尺度和相对尺度不对应于对本发明的实施的实际减少。
76.说明书中和权利要求书中的术语第一、第二等用于在类似的要素之间进行区分，而不一定用于描述时间上、空间上、等级上或以任何其他方式的顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或解说的不同的顺序来进行操作。
77.要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“包括装置a和b的设备”的范围不应当被限定于仅由组件a和b构成的设备。这意味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是a和b。
78.贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。
79.类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时一起被编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比在每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。
80.此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。
81.在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。
82.在第一方面，本发明的实施例涉及一种用于诊断光学传感器的方法100，该光学传感器包括光电探测器和积分器。此类方法的流程图如图1所示。在使光学传感器暴露110于入射光的同时获得120初始积分信号，并获得140一个或多个后续积分信号。在获得后续积分信号之前，改变130光学传感器的一个或多个控制参数。
83.从初始积分信号和从一个或多个后续积分信号中获得150光学传感器的一个或多个传感器特性。光学传感器的一个或多个控制参数对积分信号具有影响。该影响对于一个或多个控制参数而言，可以是预定的。通过将一个或多个预定特性与一个或多个所获得的特性进行比较160，可以对光学传感器进行诊断。控制参数对积分信号的影响被存储在预定
义特性中。该预定义特性与修改相同控制参数时获得的特性进行比较。
84.在第二方面，本发明的实施例涉及光学传感器200。图2中图示出根据本发明的实施例的此类光学传感器的示例性实施例。该光学传感器包括光电探测器210、积分器220、以及连接光电探测器210与积分器220的电路，使得来自光电探测器的信号或该信号的经处理的版本可以在积分器上被累积。光学传感器200包括控制器230。在本发明的实施例中，控制器可以是数字控制器。例如，它可以是fpga控制器，或者它可以是在其上运行计算机程序的处理器，该处理器被配置成用于执行根据本发明的实施例的方法。该控制器被配置成用于：
85.在初始帧处获得初始积分信号，
86.执行以下步骤至少一次：改变光学传感器的至少一个控制参数，并在后续帧处获得一个或多个后续积分信号，
87.从所获得的积分信号中获得光学传感器的特性，
88.将所获得的特性与光学传感器的预定特性进行比较，其中，预定特性是根据至少一个控制参数来定义的，以诊断光学传感器。
89.在本发明的实施例中，逐帧获得积分信号。帧包括重置光学传感器和累积来自光电探测器的信号的至少一个序列。该信号在积分器上被累积。该帧还包括读取积分信号。在本发明的实施例中，经累积的信号可以表示入射光的量。该信号在积分时间期间被累积。读取积分信号例如可以借助于ad转换器来完成，该ad转换器将积分器上的电压转换成可由控制器处理的数字信号。
90.在第三方面，本发明的实施例涉及相机300，相机300包括多个像素305。图3中图示了其示例。每个像素包括光电探测器210、积分器220、以及连接光电探测器210与积分器220的电路，使得来自光电探测器的信号或其经处理的版本可以在积分器上被累积。相机300包括控制器330。该控制器330被配置成用于对像素中的每一个像素执行以下操作：
91.在初始帧处获得初始积分信号，
92.执行以下步骤至少一次：改变光学传感器的至少一个控制参数，并在后续帧处获得一个或多个后续积分信号，
93.从所获得的积分信号中获得光学传感器的特性，
94.将所获得的特性与光学传感器的预定特性进行比较，其中，预定特性是根据至少一个控制参数来定义的，以诊断光学传感器。
95.可以被修改的控制参数是积分时间。在此类实施例中，初始积分时间(用于获得初始积分信号)和后续积分时间(用于获得后续积分信号)是不同的。利用不同的积分时间获得的不同积分信号之间的差异被用来检查正确的操作。输出与积分时间之间的关系是可预测的，并且因此可以是预定义的。该预定义特性用于诊断光学传感器。诊断可以包括检查光学传感器的正确操作和/或导出光学传感器(例如像素)的主要性能特性。
96.图4中图示出了示出光学传感器的电压随时间的变化的示例。该光学传感器例如可以是图像传感器的像素的传感器。该光学传感器例如可以是间接的飞行时间传感器的一部分。该光学传感器测量在一定时间量期间(积分时间)入射到(多个)像素上的光水平。
97.在图4的示例中，像素电压在帧开始时(时刻t1)被重置为已知值。接着，在时段(t2
‑
t3)期间，入射光通过产生光感应电流来改变像素电压。在积分时间之后，对输出电平进行采样并进行读取。因此获得到了第一积分信号。通常v
重置
‑
v1作为值输出。针对每个帧重
复该顺序，从而一个帧与时段(t1
‑
t4)相对应。本发明与重复该周期有关，但该周期具有不同的控制参数，诸如增益和/或积分时间(t3
‑
t2)。
98.在示例中，对于给定的像素和传感器设计，积分时段结束时的输出电压v1取决于2个变量。一个变量是入射光水平。这将改变图4中t2
‑
t3之间图形的斜率。另一个变量是积分时间。这也在图5中示出，其中v
输出
＝(v
重置
‑
v1)在y轴上被示出。不同的线与不同的光水平相对应，其中具有最高斜率的线与最高光水平相对应，并且水平线与没有入射光相对应。在x轴上示出了积分时间(t2
‑
t3)的长度。
99.从图5中的图可以看出，对于任何给定的光水平，所选择的积分时间和输出电压之间存在线性关系。
100.在本发明的实施例中的一个实施例中，预定特性是积分时间与输出值之间的线性的、可预测的关系。该预定特性通过与所获得的特性进行比较来用于诊断光学传感器。诊断可以例如包括确定光学传感器的性能特性和/或确定传感器的正确操作。
101.为了实现这一点，在本发明的一些实施例中，在帧之间改变积分时间。在图6的示例中，使用了积分时间的两个值：t
int1
和t
int2
，并且t
int1
>t
int2
。
102.传感器特性可以从得到的电压和已知的时间设置中导出。一个传感器特性是偏移值。该偏移值可以针对每个单独的像素或传感器而获得。它是在没有入射光的情况下测得的电压。另一个传感器特性是像素转换增益。该转换增益也可以针对每个单独的像素或传感器而获得。
103.这些特性是表征包括读出电子设备的完整输入/输出处理链，并因此允许对光学传感器的该完整处理链(即从入射光的接口到可以被测量的输出值的接口)进行诊断。
104.在本发明的实施例中，预定义的特性可以包括获得的特性应落在其范围内的阈值。这些可用于确定光学传感器的性能或正确行为。为了诊断像素，可以使用预设的阈值作为所获得的特性上的通过/失败标准。通过/失败状态可以随后被提供给控制器(例如，提供给应用处理器)，以允许对传感器的正确操作做出正确的决定。
105.另外，所获得的特性本身或其经处理的版本可以被输出到控制器，以允许对性能和状态进行外部跟踪。在该情况下，控制器做出(多个)通过/失败决策。
106.在其最基本的操作中，根据本发明的实施例的方法是在两个积分时间之间切换。这在图7中图示。该图中的每个帧包括重置步骤、积分步骤、和读取步骤。各个帧中的每个帧所获得的输出值(即积分信号)可以被输出并在控制器中使用，从而不牺牲系统的帧速率。在本发明的实施例中，可以将一个帧作为参考(例如第1帧)，并且通过使用表达积分时间与输出值之间的预期关系的预定特性，基于积分时间的比率来调整第二帧的输出值。因此，可以获得与积分时间无关的特性。
107.例如针对相机的像素的调整可以例如如下进行。当像素在第1帧中对于1000μs的积分时间具有100lsb的响应时，预期在第2帧中对于1200μs积分时间具有120lsb的结果。对第2帧的结果进行校正将通过乘以t
int1
/t
int2
来完成，从而得到第2帧的100lsb的经校正的像素输出。
108.对于每个像素(或对于一组像素)，可以评估和跟踪第1帧的v
out
和帧2的v
out
之间的比率。该值与一定的入射光强度的增益相对应。该增益可以被用作所获得的特性，并与预定的特性进行比较。当像素(或一组像素)不再具有预期边界(对于增益而言)内的结果时，它
们可以被标记为有故障的。
109.在本发明的实施例中，在将所获得的特性与预定的特性进行比较之前，可以将滤波应用于所获得的特性。假设例如在上述示例中使用的值，可以将第2帧的经校正的像素值与第1帧的像素值进行比较。如果结果偏离超过预设定阈值，则可以将其标记为出界。可以如本示例中那样仅仅基于2个帧而作出该决策，或可以过滤掉长期趋势。
110.在本发明的实施例中，积分信号v
输出
(t)可以被建模为g*t+v
偏移
，其中g是增益(针对固定的光强度而言)，v
偏移
是光学传感器的特性。通过改变从t
int1
到t
int2
的积分时间，可以获得两个点(t
int1
,v
输出1
)和(t
int2
,v
输出2
)，并且可以导出线性关系v
输出
(t)＝增益*t+v
偏置
。这允许确定像素或传感器的增益和固有偏移，并将这些增益和固有偏移与传感器的预定值进行比较，以用于诊断。
111.完成这一点的一种方式是通过分析两次捕获的输出图像，并计算相机的每个像素的增益和偏移。通过随时间对该值求平均，可以检测出偏差。可能的偏差是增益下降的像素(非响应性像素)或具有在偏移值上偏移的像素(例如“白色像素”)。这在图8中示出，图8图示出了具有不同操作特性的光学传感器的输出电压v
out
随时间的变化。示出了一条理想的曲线，该理想的曲线与光学传感器的标称操作特性相对应。示出了具有不同增益(增益_1和增益_2)的两条附加的曲线。当增益下降到增益_1以下时，可由控制器确定错误。在该情况下，该像素是非响应性像素。示出了具有不同偏移(偏移_1和偏移_2)的两条附加的曲线。当偏移高于偏移_2或小于偏移_1时，可由控制器生成错误。通过随时间进行求平均，可以过滤掉积分信号中由场景改变引起的单个异常。
112.另一种分析数据的方式是利用积分时间1采集场景从而获得第一积分信号，接着利用第二积分时间进行采集从而得到第二积分信号。基于第一次捕获的数据和预定的特性，可以预测第二次曝光的预期像素响应，并基于针对每个像素的实际测量值与预测值之间的差异(即通过将所获得的特性与预定的特性进行比较)来计算出错误信号。同样在此还可以随时间对错误信号进行求平均，以拒绝由场景改变引起的单个异常值。
113.通过使用上述方法检测像素行为的改变，可以标记出可疑的像素。该信息可以被中继至处理数据的算法。这样，此类算法可以选择忽略来自这些像素的数据，或者对它们进行进一步的分析以检查状态。
114.另外，随着时间的推移，具有偏差是像素的数量可以被监测，并且因此可以用作图像传感器的操作状态的指示符。偏差像素的增加可以充当与传感器的性能降级有关的警告。这可以用于触发诊断。
115.在3d传感器的情况下，两次曝光中的每次曝光的距离可另外被计算出。通过计算两次曝光之间的每个像素在深度上的差值，可以生成错误信号。在正常的操作条件下，所计算出的深度不应取决于积分时间或像素增益。如果在两次曝光之间检测到深度上的差值，则这指示有故障的电路。
116.在本发明的实施例中，逐帧获得积分信号。帧由此包括重置光学传感器、累积来自光电探测器的信号、以及读取积分信号的至少一个序列。如果该序列被执行多次，则每个序列被称为子帧。在这种情况下，若干个子帧存在于宏帧(macro
‑
frame)中(如在多相位tof中)。
117.至少一个控制参数的改变(例如积分时间的改变)可以在子帧级别应用或在宏帧
级别应用。当改变控制参数时，可以通过检查光学传感器的主要输出是否不变来诊断光学传感器。主输出是光学传感器设计的主要输出。例如，它可以是3d相机的深度。当改变积分时间时，对于3d相机而言，该深度不应改变。
118.控制参数可以是固定的或可以在子帧之间改变。如前所讨论，控制参数可以是积分时间。该方法可以使用固定的一组积分时间。这些积分时间可以被存储在光学系统的存储器中，或者它们可以在外部被检取。积分时间可以在帧或子帧之间随机地改变。替代地，积分时间可以在帧或子帧之间重复地改变。
119.可以在帧或子帧之间改变的另一个控制参数是光学传感器的增益。改变该增益导致光学传感器的转换斜率的改变。作为增益改变的结果而获得的特性可以与增益改变的预定特性进行比较，以诊断光学传感器的操作。在该情况下，光学传感器(其可以例如是相机的像素)具有转换增益，该转换增益可以由用户改变或由应用程序自主地改变。
120.图2中图示了此类像素的示例。它示出光学传感器200，光学传感器200包括光电探测器210、积分器220以及连接光电探测器210与积分器220的电路。该光学传感器被配置成使得来自光电探测器的信号可以在积分器上被累积。光学传感器200包括控制器230。该控制器适用于执行根据先前段落所公开的本发明的实施例的方法。
121.在图2的该简化示意图中，为了清楚起见，没有示出读出电路，也没有示出传输门。被称为“增益(gain)”的信号旨在作为转换增益的数字控制。在“增益”为低的情况下，只有c1被用作电容来整合来自光敏二极管的光电流。
122.将“增益”设置为高时，c2与c1并联，并且因此光电流将会在两个电容之间分配。转换增益的改变取决于c1和c2的比率。
123.重置晶体管只在重置阶段期间使用，并且在积分时间或在读出期间是不活动的。
124.在该示例中，光学传感器的增益通过改变需要充电的电容值是可修改的。然而，本发明不限于此。改变增益的其他实现方式也是可能的。增益也可以例如利用可变读出放大器增益来实现。
125.在第四方面，本发明的实施例涉及一种间接飞行时间系统400。对于间接飞行时间(itof)系统，应该在不影响输出距离信息的帧率的情况下完成对像素的诊断。图9中示意性地图示出根据本发明的实施例的此类itof系统400的示例性实施例。此类系统可以包括用于向场景发射经幅度调制的光信号的发射器。该经调制的信号可以是具有一定的调制频率f
mod
的脉冲信号。根据本发明的实施例，itof系统包括光学传感器200或相机。光学传感器包括像素305，或者相机包括像素305阵列，其中每个像素包括光电探测器210(例如光电二极管)、积分器220，以及连接光电探测器210和积分器220的电路。在该示例中，像素305包括光子混频器设备，该光子混频器设备包括积分器220以及连接光电探测器与积分器220的电路(混频器406)。积分器包括两个存储元件，来自光电探测器的电荷根据到混频器406的控制信号被存储到这两个存储元件。
126.光学传感器或相机进一步包括控制器230。控制器230包括参考定时控制块416、相位差计算单元410和距离计算单元424。另外，图9示出具有与定时控制块的输出422操作地连接的输入端414的移相器412。移相器412进一步可操作地连接到光电探测器210，以向每个像素内的混频器406提供控制信号。
127.图9中未示出光发射单元，但为了生成所需的经调制的照明，定时控制块416输出
422可操作地连接至光发射单元，以便生成用于驱动光源的调制信号。光源可以例如是vcsel或任何其他合适的光源。发射的光可以通过光学系统。该光学系统可以与光电探测器210共享或者它可以具有分开的光学系统。
128.在操作中，光发射单元利用经幅度调制的信号照明场景。使用一个或多个像素305检测从场景中的对象反射的返回光，其中在每个像素中，光电探测器210生成与检测到的光成比例的电流。然后使用混频器406将该电流读取到积分器220。混频器406被配置成用于接收脉冲信号，该脉冲信号具有与光发射信号相同的调制频率f
mod
。由光电探测器210生成的电流用脉冲信号来被调制。因此，像素305可包括用于接收来自移相器412的信号的接口。
129.为了检测返回光与发射光之间的相位差，使用移相器412对混频信号进行移相，以获得m个经移相的混频信号(信号θ0、θ1、...、θ
m
‑1)，从而得到m个积分值p(p0、p1、...、p
m
‑1，其中m为大于1的自然数，通常在2与8之间)该移相可以由控制器230控制。itof系统400还包括被配置成用于获得返回光与发射光之间的相位差的计算单元410。该计算单元例如可以是输出谐波i和q值425的离散傅里叶变换(dft)块410，其中可以根据第一谐波值计算出相位差。为此目的，可能需要来自定时控制块的定时信息，如箭头420所示。根据返回光与发射光之间的相位差，可以使用块424求解出到对象的距离。
130.下面将进一步阐述根据本发明的实施例的itof系统的示例性实施例。在示例中m＝4，即对混频信号使用0
°
、90
°
、180
°
和270
°
的相移。在该示例中，混频器406由具有50％占空比(其他占空比也是可能的)的脉冲信号控制。因此，积分时间由每个相位的脉冲数量限定。
131.图10示出示例性itof系统的四个相位，借助于这些相位可以完成距离测量。该相位的序列被称为一个深度帧。
132.在本发明的实施例中，光学传感器的控制参数(例如积分时间)可以针对不同的深度帧而改变，同时在深度帧内将其保持恒定。参照图10，p0、p90、p180和p270对于第一深度帧而言将具有一定的长度t1，而对于随后的帧而言将变成与t1不同的长度t2(其他传感器参数可以被改变)。
133.在典型的情况下，当飞行时间在深度帧之间没有显著地改变时，两个深度帧的所得到的深度应基本上相等，与所使用的积分时间无关。因此，针对不同深度帧的所得到的深度之间的差值可以用作第一诊断值。因此，控制器230被配置成适用于改变光学传感器的至少一个控制参数，并用于从积分信号中获得所得到的深度。
134.另外，控制器可以被配置成用于比较深度帧之间的相位数据本身，以达到诊断目的：以t1作为积分时间的第一深度帧的p0可以与来自以t2作为积分时间值的第二帧的p0数据进行比较。如前一段所解释，相位中的每一个相位的结果应与积分时间成比例。