感测系统

技术领域

本公开涉及一种适用于电子设备的感测系统，特别地但不排他地涉及一种适用于移动电话的间接飞行时间感测系统或接近感测系统。

背景技术

本公开涉及感测系统和方法。

已知感测系统包括被配置为发射电磁辐射的发射器和被配置为检测入射电磁辐射的检测器。一些已知感测系统被配置为执行间接飞行时间测量。这涉及发射具有已知调制的电磁辐射的发射器。发射的电磁辐射中的至少一些从目标反射并朝向感测系统返回。反射的电磁辐射中的至少一些入射到检测器上并由检测器检测。检测器对已知频率的入射电磁辐射进行采样并产生检测信号。已知感测系统的处理器用于确定发射的电磁辐射与采样的电磁辐射之间的相位差。由于调制频率是已知的，因此测量的相位差对应于发射的电磁辐射的飞行时间。飞行时间信息用于确定感测系统和目标之间的距离。

与已知感测系统相关联的问题是来自其他源(诸如室外环境中的阳光和室内环境中的电子灯)的电磁辐射作为背景噪声对检测到的信号有贡献。背景噪声降低了已知感测系统的测量准确度。

与已知感测系统相关联的另一个问题是在电磁辐射的采样、采样的电磁辐射到检测信号的转换以及检测信号的后续处理中存在缺陷。例如，用于将入射电磁辐射转换成检测信号的检测器内的电子系统中的缺陷可能引入测量误差，该测量误差降低了由已知感测系统执行的测量的准确度。

因此，本公开的目的是提供解决上述问题中的一个或多个或至少提供有用的可替代方案的感测系统和方法。

发明内容

一般而言，本公开提出通过将非线性多项式函数应用于由检测器生成的电子信号来克服上述问题。这有利地，至少部分地校正上述问题并提高感测系统的准确度。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于执行距离测量的感测系统，其包括被配置为发射以已知频率调制的电磁辐射的发射器。感测系统包括检测器，该检测器被配置为对已知频率的入射电磁辐射进行采样并将采样的电磁辐射转换为电荷载流子(carrier)。检测器被配置为将电荷载流子收集到存储组件中以产生电子信号。所述感测系统还包括处理器，所述处理器被配置为通过将非线性多项式函数应用于所述电子信号来确定校正。

在电磁辐射的采样和/或采样的电磁辐射到电荷载流子的转换和/或存储组件中的电荷载流子的收集中可能存在缺陷。

例如，检测器可能对结合了由发射器发射的反射的调制电磁辐射的、不想要的背景电磁辐射(例如，环境光)进行采样。不想要的背景电磁辐射可以被称为背景信号。非调制电磁辐射(例如，由太阳发射的光)和/或由除发射器之外的源生成的调制电磁辐射(例如，由诸如路灯和/或室内照明的电子灯发射的光)可能导致背景信号。由发射器发射的反射的调制电磁辐射可以被称为期望信号。电子信号可以包括背景信号和期望信号。背景信号可以构成对感测系统的准确度产生负面影响的测量噪声。感测系统的准确度可以至少部分地取决于期望信号的振幅与背景信号的振幅之间的比率(即，信噪比)。在已知感测系统和方法中，背景信号导致不准确的距离的计算。

作为另一示例，检测器内的非线性电荷收集及存储(例如，非线性电荷转移)及/或检测器内的像素内耦合可能导致电子信号的非线性偏移。在已知感测系统和方法中，非线性偏移导致不准确的距离的计算。

非线性多项式函数的变量可以与电子信号的非线性偏移成比例。非线性偏移可以至少部分地取决于存储组件中的非线性电荷转移。

发明人已经发现电子信号与非线性偏移成比例。通过将非线性多项式函数应用于电子信号，可以至少部分地补偿背景信号和非线性偏移的负面影响，从而与已知感测系统和方法相比提高了感测系统的准确度。感测系统的准确度被显著提高，特别是在感测系统的信噪比相对较低的较大距离处。

已知感测系统和方法需要使用误差源传感器(诸如温度传感器、电源电压传感器和/或电压降传感器)来收集误差信号以与多项式拟合一起使用。已知感测系统和方法不考虑上面讨论的非线性偏移。已知感测系统和方法需要多个传感器的复杂系统来监测特性，从而导致庞大且昂贵的设备。已知感测系统和方法既不考虑也不关注背景信号的问题。已知感测系统和方法需要复杂且耗时的校准过程来填充用于计算校正的查找表。已知感测系统和方法使用包括子像素的复杂且昂贵的检测系统。已知感测系统和方法不应用非线性多项式函数。

感测系统可以被配置为执行间接飞行时间测量。这可以涉及发射具有从目标反射的已知调制的连续波电磁辐射的发射器。反射的电磁中的至少一些可以入射在检测器上并由检测器检测。检测器可以用于确定发射的电磁辐射与检测到的电磁辐射之间的相位差。由于调制频率是已知的，因此测量的相位差可以对应于发射的电磁辐射的飞行时间。飞行时间可以用于确定感测系统和目标之间的距离。

发射器可以包括适合于并入电子设备中的任何种类的电磁辐射源，例如二极管或激光器，诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。

发射器可以被配置为发射连续波电磁辐射。连续波电磁辐射以已知频率调制。

发射器可以被配置为发射正弦调制的电磁辐射。可以使用其他类型的调制，例如方波调制、脉冲调制等。

发射器可以被配置为发射红外电磁辐射。发射器可以被配置为发射可见电磁辐射。

检测器可以被配置为测量采样的电磁辐射的振幅。处理器可以被配置为确定采样的电磁辐射相对于发射的电磁辐射的振幅的振幅偏移。

检测器可以被配置为测量采样的电磁辐射的相位。处理器可以被配置为确定采样的电磁辐射相对于发射的电磁辐射的相位的相移。

检测器可以被配置为在采样的电磁辐射的多个不同相位处测量采样的电磁辐射的多个振幅。

检测器可以包括一个或多个像素。检测器可以包括像素阵列。检测器可以包括被配置为解调入射电磁辐射的一个或多个解调像素。检测器可以被配置为解调处于已知频率的入射电磁辐射。解调像素可以被称为锁定像素，因为它们在功能上与锁定放大器相似。检测器可以包括解调像素阵列。

检测器可以以电荷耦合器件(CCD)原理和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)原理来操作。

可以使用偏置电压将电荷载流子朝向存储组件引导。偏置电压可以被调制(例如，以基本上等于已知频率的频率)，使得仅在某些时间区间(对应于发射的电磁辐射的某些相位)期间生成的电荷载流子才被存储组件收集。其他电荷载流子可以被引导到电荷转储。调制电压可以充当以与已知频率基本相同的频率操作的电子快门。

存储组件可包括CCD门。存储组件可以包括p-n结。存储组件可以包括积分门(integration gate)。电子信号可以是积分门信号。积分门信号可以对应于存储在积分门中的电荷量。可以通过根据非线性多项式函数调节电子信号来至少部分地补偿非线性偏移，该非线性多项式函数的变量(即，电子信号)与非线性偏移成比例。已知感测系统和方法不使用积分门信号来计算任何校正。

检测器可以包括单光子雪崩二极管。检测器可包括多个SPAD。检测器可包括SPAD阵列。

存储组件可包括计数器，所述计数器被配置为对SPAD阵列中触发的击穿事件的数目进行计数。

处理器可以被配置为使用校正和电子信号来确定指示到目标的距离和/或目标的反射率的值。

非线性多项式函数可以存储在感测系统的固件中。

非线性多项式函数可以由感测系统内的专用电路计算。

电子信号可以指示存储隔室(compartment)有多充满电荷载流子。

电子信号可以指示在采样的电磁辐射的第一相位处的采样的电磁辐射的第一振幅。

电子信号可以指示在采样的电磁辐射的多个不同相位处的采样的电磁辐射的多个振幅。

处理器可以被配置为使用电子信号和校正来计算发射的电磁辐射和反射的电磁辐射之间的振幅偏移。

电子信号可以指示采样的电磁辐射的第一相位处的第一振幅与采样的电磁辐射的第二相位处的第二振幅之间的差。

电子信号可以指示第四相位处的第四振幅与第二相位处的第二振幅之间的差(例如，A

处理器可以被配置为将非线性多项式函数应用于仅在电子信号的阈值以上的电子信号。

电子信号的阈值可以通过具有不同特性(例如波长、功率等)的电磁辐射的校准(例如照射不同距离处的不同目标)和/或校准结果的统计分析来确定。阈值可以存储在感测系统的存储器中。

非线性多项式函数可以包括自适应函数。自适应函数可以将非线性多项式函数分成多个区间。区间可以对应于不同的阈值。自适应函数可以被配置为提供多个阈值(例如，每个阈值对应于自适应函数的一区间)。自适应函数可以包括取决于入射电磁辐射的项。

非线性多项式函数包括阶跃函数。阶跃函数可以包括非线性多项式函数的区间的指示函数的线性组合。阶跃函数可以被配置为提供多个阈值(例如，每个阈值对应于阶跃函数的一阶跃)。

阈值可以对应于存储组件中的电荷载流子的收集变为非线性的电子信号值。当存储组件开始变得电荷载流子饱和时，存储组件中的电荷载流子的收集和存储可能变得非线性。

背景信号可能导致储存组件的饱和。存储组件的饱和可以有效地压缩电子信号的至少一部分，从而导致电子信号所经历的非线性偏移。通过校正至少部分地校正该非线性偏移。

非线性多项式函数可以是二阶多项式函数。

在感测系统的计算能力与成本和/或复杂性之间可能存在要取得的平衡。可以使用更复杂的多项式函数(例如，三阶或更高阶)来提供更准确的校正值。然而，这将需要将更大的计算能力并入到感测系统中。发明人已经发现，二阶多项式函数在提供跨广泛应用的显著准确度提高与避免过度复杂和/或昂贵的感测系统之间提供了有利的平衡。

二阶多项式函数可以具有以下形式：

y＝p

其中y是校正，x是电子信号，p

二阶多项式函数可以具有以下形式：

y＝p

其中y是校正，x是电子信号，p

检测器可以被配置为以已知频率对入射电磁辐射的多个不同相位进行采样。检测器可以被配置为将采样的多个不同相位转换为电荷载流子。检测器可以被配置为将电荷载流子收集在多个存储组件中，其中处理器被配置为通过将多个非线性多项式函数应用于多个电子信号来确定多个校正。

在不同存储组件之间的电荷载流子的收集中可能存在缺陷。例如，多个存储组件的电子响应之间的差异和/或电荷载流子到达不同存储组件所采用的不同路径之间的差异可能导致多个电子信号中的每一个的进一步的非线性偏移。

发明人已经发现，电子信号中的每一个与相应的非线性偏移成比例。通过将非线性多项式函数应用于多个电子信号，可以至少部分地补偿进一步的非线性偏移的负面影响，从而与已知感测系统和方法相比提高了感测系统的准确度。

多个电子信号可以彼此不同。多个电子信号可以被称为差分模式。

非线性多项式函数对于每个电子信号可以是相同的。非线性多项式函数可以在不同的电子信号之间变化。

每个储存隔室可以对应于采样的电磁辐射的不同相位。

偏置电压可以被调制(例如，以基本上等于已知频率的调制频率)，使得仅在某些时间区间(对应于发射的电磁辐射的不同相位)期间生成的电荷载流子才行进到多个存储组件并被多个存储组件收集。偏置电压可以变化，使得由入射电磁辐射的不同相位生成的电荷载流子被不同的存储隔室收集。也就是说，第一存储隔室可以被配置为收集由第一相位生成的电荷载流子，第二存储隔室可以被配置为收集由第二相位生成的电荷载流子等。

多个存储组件可以包括多个CCD门。

多个存储组件可以包括多个p-n结二极管。

多个存储组件可以包括多个积分门。多个电子信号可以包括多个积分门信号。每个积分门信号可以对应于存储在每个积分门中的电荷量。

多个存储组件可包括多个计数器，该多个计数器被配置为对在SPAD阵列中触发的击穿事件的数目进行计数。每个计数器可以对应于不同的相位。

处理器可以被配置为将多个非线性多项式函数应用于仅在多个电子信号的多个阈值以上的多个电子信号。

对于不同的电子信号，阈值可以是不同的。

非线性多项式函数可以包括自适应函数。自适应函数可以将非线性多项式函数分成多个区间。区间可以对应于不同的阈值。自适应函数可以被配置为提供多个阈值(例如，每个阈值对应于自适应函数的一区间)。自适应函数可以包括取决于入射电磁辐射的项。

非线性多项式函数包括阶跃函数。阶跃函数可以包括非线性多项式函数的区间的指示函数的线性组合。阶跃函数可以被配置为提供多个阈值(例如，每个阈值对应于阶跃函数的一阶跃)。

处理器可以被配置为在将多个非线性多项式函数应用于多个电子信号之前从多个电子信号中减去共模信号。

由检测器采样的电磁辐射可以包括感兴趣的分量(例如，以已知频率调制的电磁辐射)和非调制背景信号的分量(例如，来自太阳的环境光)。存储电荷的共模对应于背景信号。通过减去电荷域中的共模信号，至少部分地校正了由背景信号引起的负面影响。

此外，在减去共模信号中可能存在缺陷。例如，感测系统的有限共模抑制比率可能导致多个电子信号中的每一个的进一步的非线性偏移。由于电子信号的产生和处理中的这些缺陷，在减去共模信号之后，背景信号中的至少一些可能保留在电子信号中，这导致测量误差。已知感测系统和方法既不考虑也不试图关注剩余的背景信号。

发明人已经发现，电子信号中的每一个与相应的进一步的非线性偏移成比例。通过将非线性多项式函数应用于多个电子信号，可以至少部分地补偿进一步的非线性偏移的负面影响，从而与已知感测系统和方法相比提高了感测系统的准确度。

根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，其包括任一前述方面的感测系统。

电子设备可以是便携式的。电子设备可以是诸如移动电话或平板计算机的计算设备。电子设备可以是电信系统。电子设备可以是诸如诊断设备的医疗设备。电子设备可以适用于汽车工业、机器人技术、制造和自动化过程。

根据本公开的另一方面，提供了一种执行距离测量的方法，包括发射以已知频率调制的电磁辐射，对已知频率的入射电磁辐射进行采样，将采样的电磁辐射转换成电荷载流子，收集电荷载流子以产生电子信号，以及通过对电子信号应用非线性多项式函数来确定校正。

非线性多项式函数的变量可以与电子信号的非线性偏移成比例。非线性偏移可以至少部分地取决于与收集电荷载流子相关联的非线性电荷转移。

电子信号可以指示在采样的电磁辐射的第一相位处的采样的电磁辐射的第一振幅。

电子信号可以指示在采样的电磁辐射的多个不同相位处的采样的电磁辐射的多个振幅。

电子信号和校正可以用于计算发射的电磁辐射和反射的电磁辐射之间的振幅偏移。

电子信号可以指示采样的电磁辐射的第一相位处的第一振幅与采样的电磁辐射的第二相位处的第二振幅之间的差。

非线性多项式函数可以应用于仅在电子信号的阈值以上的电子信号。

阈值可以对应于电荷载流子的收集变为非线性的电子信号值。

收集电荷载流子以产生电子信号可以包括将电荷载流子存储在积分门中。电子信号可以是积分门信号，其对应于存储在积分门中的电荷量。

发射以已知频率调制的电磁辐射可以包括发射以已知频率调制的连续波电磁辐射。

非线性多项式函数可以是二阶多项式函数。

二阶多项式函数可以具有以下形式：

y＝p

其中y是校正，x是电子信号，p

该方法可以包括采样已知频率的入射电磁辐射的多个不同相位。该方法可以包括将采样的多个不同相位转换成电荷载流子。该方法可以包括收集电荷载流子以产生多个电信号。该方法可以包括通过将多个非线性多项式函数应用于多个电子信号来确定多个校正。

该方法可以包括在将非线性多项式函数应用于多个电子信号之前从多个电子信号中减去共模信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机可读指令的计算机程序，所述计算机可读指令被配置为使计算机执行根据任一前述方面的方法。

计算机程序可以存储在感测系统的存储器中。计算机程序可以形成感测系统的固件的一部分。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，其承载根据任一前述方面的计算机程序。

计算机可读介质可以形成感测系统的一部分。计算机可读介质可以形成处理器的一部分。

本发明的不同方面的特征可以组合在一起。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述本公开的一些实施例，其中：

图1示意性地描绘了根据本公开的一个方面的感测系统；

图2示出了在间接飞行时间测量中使用的发射的电磁信号和反射的电磁信号以及其多个特性的曲线图；

图3A示意性地描绘了检测器的解调区域的横截面视图；

图3B示意性地描绘了从图3A的解调区域上方观察的视图；

图4A示意性地描绘了检测器的可替代解调区域的横截面视图；

图4B示意性地描绘了从图4A的可替代解调区域上方观察的视图；

图5示出了根据本公开的一个方面的应用于电子信号以确定校正的非线性多项式函数的曲线图；

图6A示出了在不同背景光条件下由已知感测系统测量的距离的曲线图；

图6B示出了在不同背景光条件下由根据本发明的一个方面的感测系统测量的距离的曲线图；

图7示意性地描绘了包括图1的感测系统的电子设备；以及

图8示出了根据本公开的一个方面的执行距离测量的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地描绘了感测系统100。感测系统100包括发射器110，发射器110被配置为发射以已知频率调制的连续波电磁辐射120。发射器110可以是适合于并入电子设备中的任何种类的电磁辐射源，例如二极管或激光器，诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。例如，电磁辐射120可以以已知频率正弦调制。可以使用其它类型的调制，例如方波调制、脉冲调制等。电磁辐射可以包括红外电磁。另选地，电磁辐射可包括可见辐射。

感测系统还包括检测器130，检测器130被配置为对已知频率的入射电磁辐射140进行采样。检测器130还被配置为将采样的电磁辐射140转换成电荷载流子，该电荷载流子被收集在存储组件(未示出)中以产生电子信号。检测器130被配置为测量采样的电磁辐射140的振幅和相位。检测器130包括解调像素阵列(未示出)。解调像素被配置为解调已知频率的入射电磁辐射140。解调像素可以被称为锁定像素，因为它们在功能上与锁定放大器相似。

检测器130可以以电荷耦合器件原理和/或互补金属氧化物半导体原理来操作。检测器130检测由发射器110发射的、在电磁辐射已经离开感测系统100之后、与外部目标(未示出)相互作用(例如，从外部目标反射)并传播回检测器130的电磁辐射。检测器130可以包括任何形式的光电检测器，例如光电二极管或单光子雪崩二极管(SPAD)。

感测系统100还包括处理器150，处理器150被配置为通过对电子信号应用非线性多项式函数来确定校正。所述处理器150可以被配置为确定采样的电磁辐射相对于发射的电磁辐射的相位的相移。

在图1的示例中，感测系统100包括印刷电路板160，发射器110、检测器130和处理器150位于印刷电路板160上。诸如铜布线层和过孔(via)的电连接(未示出)存在于印刷电路板160内。电连接允许信号在感测系统100的不同组件之间行进。例如，电信号可以通过电连接从检测器130行进到处理器150。

感测系统100的组件包含在壳体170内。壳体170包括孔180、190，用于允许发射的电磁辐射120离开感测系统100并且用于允许入射电磁辐射140进入感测系统100并入射在检测器130上。感测系统100可以包括一个或多个光学组件(未示出)，其被配置为调整发射的电磁辐射120和/或入射的电磁辐射140的特性。光学组件可以与孔180、190并置。光学组件可以包括用于支撑光学元件的透射(例如，玻璃)载体(未示出)。光学元件可以包括微透镜阵列(MLA)、光学漫射器、透镜、折射或衍射光学元件、光谱滤光器、偏振滤光器等。

感测系统100被配置为执行间接飞行时间测量以计算到目标的距离。感测系统100适于并入电子设备中，例如移动电话或平板计算机。感测系统100可以用于相对高准确度的距离测量。感测系统100可以可替代地用作接近感测系统，其中发射器110发射电磁辐射，电磁辐射中的至少一些离开感测系统100并且在入射到检测器130上以进行检测之前与一个或多个外部对象相互作用(例如，从一个或多个外部对象反射)。可以将由发射器110发射的辐射量与由检测器130检测到的辐射量进行比较，以便确定感测系统100与一个或多个外部对象之间的距离。接近感测系统可以用于相对低准确度的测量。

图2示出了在间接飞行时间测量中使用的发射的电磁信号200和反射的电磁信号210以及其多个特性的曲线图。垂直轴表示电磁信号200、210的振幅，并且水平轴表示时间。可以看出，信号200、210的振幅随时间正弦地调制。由于光损耗，例如发射信号200反射的目标的非完美反射率，反射信号210的振幅220小于发射信号200的振幅。发射信号200和反射信号210之间的振幅偏移230可以指示目标的反射率。发射信号200与反射信号210之间的相移Δ

反射信号210的飞行时间可以使用以下等式来确定：

其中Δ

在图2的示例中，选择四个不同的相位A0-A3用于考虑。检测器的锁定像素在四个不同相位(A0-A3)处对反射信号进行采样，并将所得到的检测到的电荷载流子存储在四个不同的存储隔室中。发射信号200和反射信号210之间的振幅偏移230可以使用以下等式来确定：

其中A

反射信号210的振幅220可以使用以下等式来确定：

该信息可以用于确定使用感测系统执行的测量的可靠性。

反射信号210的相位可以使用以下等式来确定：

该信息可以用于确定发射信号200与反射信号210之间的相移

如前所述，检测器将采样的电磁辐射转换成电荷载流子(例如，电子和/或空穴)，电荷载流子被收集在存储组件中以产生电子信号。存储组件可以被称为抽头(tap)。存储组件可以被实施为CCD门或p-n结二极管。存储组件可以被称为积分门。所得的电子信号可以被称为积分门信号。积分门信号可以对应于存储在积分门中的电荷量。电子信号或积分门信号可以采取电压的形式。

电子信号可以包括在反射信号210的一个或多个不同相位处的反射信号210的一个或多个振幅(例如，A0、A1、A2和/或A3)。包括在反射信号210的一个或多个不同相位处的反射信号210的一个或多个振幅(例如，A0、A1、A2和/或A3)的电子信号可以用于计算振幅偏移230(B)，如上所述。

电子信号可以包括在反射信号210的两个或更多个不同相位处的反射信号210的两个或更多个振幅之间的差。例如，电子信号可以包括第四相位处的第四振幅与第二相位处的第二振幅之间的差(例如，A

可以使用偏置电压将在检测器的光敏区域中生成的电荷载流子朝向存储组件引导。偏置电压可以被调制(例如，以基本上等于发射的电磁辐射的已知调制频率的频率)，使得仅在某些时间区间(对应于发射的电磁辐射的某些相位)期间生成的电荷载流子才被存储组件收集。其他电荷载流子可以被引导到电荷转储。调制电压可以有效地充当电子快门，该电子快门以与发射的电磁辐射的已知调制频率基本相同的频率操作。

图3A和图3B示出了基于包括两个存储隔室的电荷耦合器件架构的检测器的解调区域2的示例的不同视图。图3A示意性地描绘了检测器的解调区域的横截面视图。图3B示意性地描绘了从图3A的解调区域上方观察的视图。解调区域包括具有三个连续门(即左门LG、中间门MG和右门RG)的门结构。第一积分门IG1位于左门LG的左侧，并且第一去耦门DG1位于第一积分门IG1的左侧。第二积分门IG2位于右门RG的右侧，并且第二去耦门DG2位于第二积分门IG2的右侧。在图3A和3B的示例中，为每个门提供用于施加偏置电压的两个门触点GCI、GCM。如在图3A中可以看到的，势垒系统可以被构造为跨越检测器的解调区域。势垒系统可以充当导电通道，其被配置为将生成的电荷载流子引导到解调区域的不同门。

来自检测区域的光生电荷被馈送到中间门MG下方的解调级(stage)。相邻的左门LG和右门RG可以用于分别激活左或右导电通道以分别用于解调目的。这种激活可以涉及将左门LG或右门RG中的一个的电位设置为高于中间门MG的电位，并且将另一个门的电位设置为小于中间门MG的电位。在图3A中示出了在给定时间施加到不同门的电位的图示。在本特定示例中，当左门LG的电位高于中间门MG时，使用左导电通道。导电通道可由第一门与第二门之间的一系列门界定。第一门与第二门之间的增加的电位将电荷载流子从第一门移动到第二门。当使用p掺杂半导体衬底时，导电通道可以由高电压信号激活。

在两侧，特定电荷载流子存储在第一积分门IG1或第二积分门IG2中。第一和第二去耦门DG1和DG2抑制电荷载流子不可控地扩散到输出节点D1、D2的能力。输出节点D1、D2可被称为感测节点或扩散区域。当累积在积分门IG1、IG2中的一个中的电荷载流子将被转移到解调区域的输出节点D1、D2时，积分门IG1、IG2以及左门LG和右门RG的电位电平被设置为去耦门DG1、DG2的电位电平，使得电荷载流子能够扩散到输出节点D1、D2。

在图3A和图3B的示例中，检测器包括用于收集电荷载流子的两个存储隔室。图4A和图4B示出了基于包括四个存储隔室的电荷耦合器件架构的检测器的解调区域的示例的两个不同视图。图4A示意性地描绘了检测器的可替代解调区域的横截面视图。图4B示意性地描绘了从图4A的可替代解调区域上方观察的视图。该架构基于具有一个闭合门GS和四个门触点GC10-GC40的门结构。靠近每个门触点GC10-GC40定位的是积分门IG10-IG40，其后是去耦门DG10-DG40。在每个去耦门DG10-DG40附近是衬底(未示出)上的对应输出节点D10-D40。图4A中示出了不同门IG10-IG40、DG10-DG40和输出节点D10-D40的示例电位梯度V。由于流过门本身的电流，闭合的高电阻门GS下方的电位梯度提供了注入的电荷载流子到包括积分门IG10-IG40的仅一个存储隔室的快速分离。电流在闭合门GS下方和两个相邻触点GC10、GC20之间注入。当在门触点之一(例如GC10)上施加比施加到解调区域的其他门触点(例如GC20-GC40)的电位更高的电位时，实现导电通道。因此，电荷载流子被传导到对应的积分门(例如，IG10)。在图4A和图4B的示例中，去耦门DG10至DG40的结构抑制了电荷载流子到输出节点(D10-D40)的不可控地扩散。当读出样本时，可以提供放大级(未示出)以快速驱动电子器件的能力。该架构可以包括具有由高电阻门材料GH形成的门结构的CMOS或CCD器件。当电压差施加到解调区域时，门材料GH可以用于产生横向电漂移场。

存储隔室和/或传感器节点彼此不相同。也就是说，缺陷导致电子器件内的小差异，并且每个存储隔室和/或传感器节点对电荷载流子收集和电子信号读出具有其自己的特性响应。这样的缺陷可以包括当存储隔室接近饱和时变化的非线性电荷转移、存储隔室之间的差异、电荷载流子和/或电子信号所采用的路径之间的差异等。这些缺陷导致电子信号的非线性偏移，其负面地影响由感测系统执行的测量的准确度(特别是在较大距离处，当信噪比不那么强时)。如果通过其变量与非线性偏移值成比例的非线性多项式函数来调整每个样本或样本组合(例如，样本之间的差异)，则可以至少部分地补偿这些非线性偏移。

如先前所论述，检测器可包括SPAD阵列。在这样的实施例中，存储组件可包括多个计数器，该多个计数器被配置为对在SPAD阵列中触发的击穿事件的数量进行计数。每个计数器可以被配置为在对应于反射信号的某些相位的某些时间区间期间对击穿事件进行采样。也就是说，每个计数器可以对应于反射信号的不同相位。

图5示出了应用于电子信号以确定校正的非线性多项式函数的曲线图。垂直轴表示校正MCV。水平轴表示电子信号ES。在图5的示例中，电子信号指示跨越四个不同存储隔室的平均积分门信号。将非线性多项式函数应用于电子信号ES可以包括将非线性多项式函数拟合到电子信号。非线性多项式函数可以存储在感测系统的固件中。可替代地，非线性多项式函数可以由感测系统内的专用电路来计算。

在图5的示例中，非线性多项式函数被应用于电子信号的阈值T以上的电子信号。电子信号ES的阈值T可以通过校准来确定(例如，在不同距离处照射不同目标具有不同特性(例如波长、功率等))。阈值T可以存储在感测系统的存储器中。阈值T可以对应于电子信号值ES，在该电子信号值ES处，存储组件中的电荷载流子的收集变为非线性。也就是说，当存储组件开始变得电荷载流子饱和时，由于电荷在存储隔室中的积聚，存储组件中的电荷载流子的收集和存储可能变得非线性。背景信号可能导致储存组件的饱和。存储组件的饱和可以有效地压缩电子信号的至少一部分，从而导致电子信号所经历的非线性偏移。通过校正至少部分地校正该非线性偏移。

在图5的示例中，非线性多项式函数是二阶多项式函数。非线性多项式函数可以是更高阶的(例如，三阶或更高阶)。二阶多项式函数可以采用以下形式：

y＝p

其中y是校正，x是电子信号，p

二阶多项式函数可以采用以下形式：

y＝p

其中xtalk

可以通过执行校准测量和/或执行校准结果的统计分析来确定项xtalk

非线性多项式函数的项和/或系数可以存储在感测系统的存储器中。非线性多项式可以单独应用于与每个存储隔室相关联的电子信号，以确定每个存储隔室的单独校正。处理器可以被配置为使用(一个或多个)校正和(一个或多个)电子信号来确定指示到目标的距离和/或目标的反射率的值(例如，发射信号和反射信号之间的振幅偏移B、反射信号的振幅A、反射信号的相位

缩放可以用于简化校正的计算。也就是说，为了节省数据和/或计算存储器空间，可以例如在感测系统的固件中实施一些缩放。距离值可以被缩放。例如，代替基于米执行计算(并且必须处理例如“1000”米的数值)，数值可以按1*10

图6A示出了在七种不同的背景光条件610-670下由已知感测系统测量的距离的曲线图。垂直轴表示目标和已知感测系统之间的测量距离MD。水平轴表示目标和已知感测系统之间的实际距离AD。入射在已知感测系统上的勒克斯(lux)(即照度)从第一背景光条件610增加到第七背景光条件670。勒克斯的量可以对应于入射在已知感测系统上的背景光或环境光的量。也就是说，勒克斯越大，不想要的背景信号越大。如果已知感测系统是完全准确的，则曲线图将示出对角地延伸穿过曲线图的直线(即y＝x)。可以看出，在较大的实际距离AD处和/或在入射在感测系统上的背景光(勒克斯)的增加的水平处，测量的距离MD开始变得不代表实际距离AD。这是因为背景信号(即测量噪声)和由已知感测系统的电子器件中的缺陷引入的非线性偏移负面地影响已知感测系统的准确度，并且未被关注。已知感测系统的准确度在较大的实际距离AD和较强的背景光条件下(其中已知感测系统的信噪比相对低)受到更多的影响。

图6B示出了在与图6A相同的不同背景光条件下由根据本发明的一个方面的感测系统测量的距离的曲线图。垂直轴表示目标和已知感测系统之间的测量距离MD。水平轴表示目标和已知感测系统之间的实际距离AD。入射在已知感测系统上的勒克斯(即照度)从第一背景光条件610增加到第七背景光条件670。勒克斯的量可以对应于入射在已知感测系统上的背景光或环境光的量。也就是说，勒克斯越大，不想要的背景信号越大。可以看出，关系实际距离AD和测量距离MD之间的关系比图6A的已知感测系统更接近于对角地延伸穿过曲线图的直线(即y＝x)。也就是说，根据本发明的一个方面的感测系统比已知感测系统更准确，特别是在更大的距离和/或更强的背景光条件下。通过将非线性多项式函数应用于电子信号确定的校正已经与电子信号一起使用，以至少部分地校正背景信号和由电子缺陷引入的非线性偏移，从而与已知感测系统相比提高了感测系统的准确度。

图7示意性地描绘了包括图1的感测系统100的电子设备700。在图7的示例中，电子设备700是移动电话。移动电话700包括相机710。感测系统100可以用于确定相机710与外部对象(未示出)之间的距离，以便调整相机710的焦点以实现对象的改进图像。移动电话包括触摸屏720。作为使用的另一示例，感测系统100可以用于确定移动电话700是否已经被放置在用户的耳朵附近，以便改变触摸屏720上的输入显示，以避免电话呼叫期间不想要的输入命令。

图8示出了根据本公开的一个方面的执行距离测量的方法的流程图。该方法的第一步骤810包括发射以已知频率调制的电磁辐射。该方法的第二步骤820包括对已知频率的入射电磁辐射进行采样。该方法的第三步骤830包括将采样的电磁辐射转换成电荷载流子。该方法的第四步骤840包括收集电荷载流子以产生电子信号。该方法的第五步骤850包括通过将非线性多项式函数应用于电子信号来确定校正。

本发明的实施例可以用于许多不同的应用中，诸如例如智能电话、平板计算机、膝上型计算机、计算机监视器、汽车仪表板和/或导航系统、公共空间中的交互式显示器、家庭助理等。

附图标记列表：

100 感测系统

110 发射器

120 电磁辐射

130 检测器

140 入射电磁辐射

150 处理器

160 印刷电路板

170 壳体

180 孔

190 孔

200 发射的电磁信号

210 反射的电磁信号

220 反射信号的振幅

230 振幅偏移

A0-A3 反射信号的相位

2 解调区域

LG 左门

MG 中间门

RG 右门

IG1 第一积分门

DG1 第一去耦门

IG2 第二积分门

DG2 第二去耦门

GCI 门触点

GCM 门触点

V 电位

D1 输出节点

D2 输出节点

GS 闭合门

GC10-GC40 门触点

IG10-IG40 积分门

DG10-DG40 去耦门

D10-D40 输出节点

V 电位

GH 门材料

MCV 校正

ES 电子信号值

T 阈值

MD 测量距离

AD 实际距离

610 第一背景光条件

620 第二背景光条件

630 第三背景光条件

640 第四背景光条件

650 第五背景光条件

660 第六背景光条件

670 第七背景光条件

700 电子设备

710 相机

720 触摸屏

810 第一方法步骤

820 第二方法步骤

830 第三方法步骤

840 第四方法步骤

850 第五方法步骤

本领域技术人员将理解，在前述说明书和所附权利要求中，诸如“上方”、“沿着”、“侧面”等的位置术语是参考概念性图示(诸如附图中所示的那些概念性图示)来进行的。这些术语是为了便于参考而使用的，而不旨在具有限制性质。因此，这些术语应被理解为是指当处于如附图所示的取向时的对象。

尽管已经根据如上所述的优选实施例描述了本公开，但是应当理解，这些实施例仅是说明性的，并且权利要求不限于这些实施例。本领域技术人员将能够鉴于本公开进行修改和可替代，这些修改和可替代被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或示出的每个特征可以并入任何实施例中，无论是单独的还是与本文公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。