CN109788622A - 光源控制装置、光源控制方法以及飞行时间传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光源控制装置及其控制方法以及一种飞行时间传感器，所述光源控制装置包括：电流控制模块，用于根据发光电流的控制目标，输出相应的控制信号；可调电压源模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述电流控制模块的控制信号输出相应的光源电压；光源模块，与所述可调电压源模块连接，由所述可调电压源模块输出的光源电压控制发光电流，从而发出对应功率的光。上述光源控制装置有利于降低功耗，提高系统性能。

Description

光源控制装置、光源控制方法以及飞行时间传感器

技术领域

本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种光源控制装置、光源控制方法以及飞行时间传感器。

背景技术

飞行时间法(Time Of Flight，TOF)通过测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔或激光往返被测物体一次所产生的相位来实现对被测物体的三维结构或三维轮廓的测量。TOF测量仪器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。

飞行时间(TOF)传感器一般包括：光源模块和感光模块；所述光源模块用于发射特定波段和频率的脉冲检测光，所述检测光在被测物体的表面发生反射，反射光被所述感光模块所接收；所述感光模块根据发射光波和接收光波之间的时间差或者相位差计算出被测物体的距离信息。

飞行时间传感器获取的图像效果受到被测物体反射系数的影响，当图像中同时存在高反射系数以及低反射系数的物体时，容易发生反射系数物体曝光过度，而低反射系数物体则会曝光不足的问题，严重影响图形质量。因此，现有技术中，经常遇到高动态(HDR)情况，可以通过调整检测光的功率，获取多张不同曝光的图片，然后再用将它们组合成一张图片，最终得到一张各物体曝光都合适的图像；或者通过调整检测光的光功率，保证高反射系数物体不过曝，以及低反射物体的检测信号具有一定的信噪比。

因此，对于飞行时间传感器的检测光的功率的快速而准确的调整显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种光源控制装置、光源控制方法以及飞行时间传感器，以降低光源控制的功耗，提高性能。

为了解决所述问题，本发明提供了一种光源控制装置，包括：电流控制模块，用于根据发光电流的控制目标，输出相应的控制信号；可调电压源模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述电流控制模块的控制信号输出相应的光源电压；光源模块，与所述可调电压源模块连接，由所述可调电压源模块输出的光源电压控制发光电流大小，从而发出对应功率的光。

可选的，所述电流控制模块根据预先设定的发光电流控制目标及控制流程，输出相应的控制信号。

可选的，还包括：反馈模块，所述反馈模块连接至所述电流控制模块，用于向所述电流控制模块发送与光源模块发光电流相关的反馈信号；所述电流控制模块用于根据所述反馈信号，调整发光电流控制目标，并输出对应的控制信号至可调电压源模块。

可选的，所述反馈模块用于检测光源模块的发光电流，并形成与所述发光电流对应的反馈信号。

可选的，所述反馈模块包括光电二极管和连接所述光电二极管的转换单元，所述光电二极管用于以一定比例接收光源模块发出的光，并转换成与发光电流对应的反馈电流；所述转换单元用于对所述反馈电流进行模数转换，形成反馈信号。

可选的，所述光源控制装置用于飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包括图像处理模块，所述反馈模块用于连接至所述图像处理模块，根据所述图像处理模块获得的图像信息，形成反馈信号。

可选的，所述可调电压源模块用于根据所述控制信号对工作电压进行升压或降压处理。

可选的，所述光源模块包括发光器件和驱动单元，所述驱动单元用于控制所述发光器件的导通或断开状态。

可选的，还包括一电容，一端接地，另一端连接至可调电压源模块的输出端，所述可调电压源模块的输出端与所述电容之间连线内阻为R，所述光源模块的电压输入端的电压调整时间为T，T＝2π×RC，所述电容C的数值由所述电压调整时间决定。

本发明的技术方案还提供一种飞行时间传感器，包括：上述任一项所述的光源控制装置。

本发明的技术方案还提供一种光源控制方法，包括：根据发光电流的控制目标，产生相应的控制信号；根据所述控制信号，形成相应的光源电压；由所述光源电压控制发光电流大小，从而发出对应功率的光。

可选的，根据预先设定的发光电流控制目标及控制流程，产生相应的控制信号。

可选的，还包括：形成与发光电流相关的反馈信号；根据所述反馈信号，调整发光电流的控制目标，并产生相应的控制信号。

可选的，检测发光的发光电流大小，并根据所述发光电流大小，形成与所述发光电流相关的反馈信号。

可选的，采用光电二极管以一定比例接收光源模块发出的光，并转换成与发光电流对应的反馈电流；对所述反馈电流进行模数转换，形成反馈信号。

可选的，所述光源控制方法用于飞行时间传感器的光源控制时，根据所述飞行时间传感器获得的图像信息，形成反馈信号。

可选的，根据所述控制信号，对工作电压进行升压或降压处理，以形成相应的光源电压。

本发明的光源控制装置通过一电流控制模块和可调电压源模块调整光源模块的光源电压，以实现对发光功率的调整，使其既能使得其满足激光安全的需求，又能使成像的高动态(HDR)效果达到最佳。通过所述电流控制模块可以实现对光源电压的程序控制，并且，还可以结合光源模块上一时刻的发光电流信息作为反馈，进行动态调整，使得所述光源模块的发光功率调整更为智能。并且，可以降低光源模块内部的元件压降，减少发热，降低功耗，提高系统稳定性。应用于飞行时间传感器，有利于提高飞行时间传感器的测距准确性和成像效果，提高用户体验。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的光源控制方法的流程示意图；

图2至图5为本发明具体实施方式的光源控制装置的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中对光源功率的调整通常通过调整与光源模块中的发光元件串联的MOS晶体管或其他元件的导通电阻，来调整发光元件的发光电流，从而实现对所述发光元件的发光功率的调整。在光源模块工作电压一定的情况下，发光元件的压降有限，当电流变小，会在传感器芯片其他元件上产生较大的压降，从而产生极大的热量，影响系统性能及用户体验。

本发明的具体实施方式，提供一种智能调整光源电压的方式来调整光源的发光功率。

本发明的具体实施方式还提供一种光源控制方法。

请参考图1，为本发明一具体实施方式的光源控制方法的流程示意图。

所述光源控制方法包括步骤S1～S3。

步骤S1：根据发光电流的控制目标，产生相应的控制信号。

所述控制信号可以为数字逻辑信号或模拟信号，在一个具体实施方式中，所述控制信号用于控制一可调电压源，使得所述可调电压源模块输出电压发生变化，从而调整光源电压。

可以根据预先设定的发光电流控制目标及控制流程，向所述可调电压源模块102输出相应的控制信号。

也可以根据反馈信号，调整发光电流控制目标，并输出对应的控制信号，所述反馈信号与上一时刻发光的发光电流相关。具体的，可以通过检测发光的发光电流大小，并根据所述发光电流大小，形成与所述发光电流相关的反馈信号。例如，采用光电二极管以一定比例接收光源模块发出的光，并转换成与发光电流对应的反馈电流；对所述反馈电流进行模数转换，形成反馈信号。当所述光源控制方法用于飞行时间传感器的光源控制时，还可以根据所述飞行时间传感器获得的图像信息，形成反馈信号。

步骤S2：根据所述控制信号，形成相应的光源电压。

可调电压源在所述控制信号作用下，内部阻值或其他参数发生调整，使得输出电压发生变化，从而调整光源电压。在一个具体实施方式中，所述可调电压源模块连接至工作电压VDD，能够对所述工作电压VDD进行升压或降压处理，输出合适的光源电压VL。通过向所述可调电压源模块输入控制信号，控制所述可调电压源模块对工作电压VDD的升压或降压比例，从而调整所述可调电压源模块输出的光源电压VL大小。所述可调电压源模块可以为DCDC转换器、LDO线性稳压器以及数字电位计等。

步骤S3：由所述光源电压控制发光电流大小，从而发出对应功率的光。

可以采用光电二极管或包含光电二极管的发光器件进行发光，所述发光器件的阳极连接光源电压，在发光器件导通的情况下，所述光源电压越大，发光电流越大。所述发光器件可以通过一具有开关元件的驱动单元进行驱动，所述开关元件，连接于所述发光器件的阴极与接地端之间，通过控制所述开关元件的通断状态，控制所述发光器件的导通或断开状态。

上述方法通过调整光源电压来调整发光功率，可以减少电路内元件的压降，减少发热、降低功耗，提高系统性能。

本发明的具体实施方式还提供一种用于实现上述光源控制方法的光源控制装置，以下结合所述光源控制装置对上述光源控制方法作进一步的说明。

请参考图2，为本发明一具体实施方式的光源控制装置的结构示意图。

所述光源控制装置包括：电流控制模块101、可调电压源模块102以及光源模块103，所述可调电压源模块102连接所述电流控制模块101的输出端，所述光源模块103用于连接所述可调电压源模块102的电压输出端。

所述电流控制模块101用于根据发光电流的控制目标，输出相应的控制信号。所述可调电压源模块102，与所述电流控制模块101连接，用于根据所述电流控制模块101的控制信号输出相应的光源电压。光源模块103，与所述可调电压源模块102连接，由所述可调电压源模块输出的光源电压控制发光电流，从而发出对应功率的光。

所述电流控制模块101用于输出数字逻辑控制信号，对所述可调电压源模块102进行控制，通过控制所述可调电压源模块102的内部阻值或其他参数，使得所述可调电压源模块102输出电压发生变化，从而调整光源电压。

所述可调电压源模块102连接至工作电压V_DD，能够对所述工作电压V_DD进行升压或降压处理，输出合适的光源电压V_L。所述电流控制模块101通过向所述可调电压源模块102输入控制信号，控制所述可调电压源模块102对工作电压V_DD的升压或降压比例，从而调整所述可调电压源模块102输出的光源电压V_L大小。

所述可调电压源模块102可以为DCDC转换器、LDO线性稳压器以及数字电位计等。在一个具体实施方式中，所述可调电压源模块102为数字电位计，所述数字电位计包括游标电阻，通过逻辑数字控制信号，控制所述游标电阻的阻值，就能够调整所述可调电压源模块102输出的电压大小。

所述光源模块103包括发光器件D1和驱动单元1031，所述驱动单元1031用于控制所述发光器件D1的导通或断开状态。在一个具体实施方式中，所述发光器件D1为光电二极管，在其他具体实施方式中，所述发光器件D1为包含光电二极管元件的发光器件，例如LED二极管、激光二极管或VCSEL激光器等，所述发光器件D1的电流越大，所述发光器件D1发出的光强越大，光功率越大。所述驱动单元1031包括一开关元件M1，连接于所述发光器件D1的阴极与接地端之间，一电压或电流源S1通过一缓冲器B1，连接至所述开关元件M1的控制端，用于控制所述开关元件M1的通断状态，从而控制所述发光器件D1的导通或断开状态。所述发光器件D1是否发光由所述驱动单元1031控制，而所述发光器件D1的发光电流由所述发光器件D1阳极所输入的光源电压V_L决定。光源模块103的发光功率通过光源电压V_L进行调整，不会导致光源模块103内部压降增大，从而可以减少光源模块103产生的热量，提高系统性能。

该具体实施方式中，所述发光模块103还包括一电容C1，所述电容C1一端接地，另一端连接至所述可调电压源模块102的输出端，用于稳定所述光源模块103阳极端即电压输入端的光源电压V_L，避免光源电压V_L发生快速变化。由于所述电容C1的容抗作用，可调电压源模块102的输出端电压发生变化时，需要一段时间，所述发光模块103阳极端的光源电压V_L才能与可调电压源模块102的输出端电压一致。所述可调电压源模块102的输出端与所述电容C1之间连线内阻为r，所述光源模块103的电压输入端的单次电压调整时间为T，T＝τ＝2π×rC。由于所述内阻r的阻值由线路决定，很难进行调整，因此，可以通过调整所述电容C1的值，来调整光源模块103的电压输入端的电压调整时间T。在一个具体实施方式中，所述光源控制装置用于飞行时间传感器，电压调整时间T较短，因此对调整速度有一定要求。例如电压调整时间为T小于飞行时间传感器获取图像的帧率。在一个具体实施方式中，所述飞行时间传感器获取一帧图像的时间为33ms，其中曝光时间为20ms，剩余13ms用于准备下一次曝光所需要的光源电压VL，那么T<13ms。可以根据单次电压调整时间T的要求，以及电路内阻r，来选择合适的电容C1，以使得所述光源模块103的电压输入端的光源电压V_L的调整速率能够满足要求。

在一个具体实施方式中，所述电流控制模块101用于根据预先设定的发光电流控制目标及控制流程，向所述可调电压源模块102输出相应的控制信号。例如，所述光源控制装置用于飞行时间传感器，按照预先设定的方法来控制。比如分三次曝光，每次检测光功率依次为小，中，大，然后根据每个像素的距离参数的置信度来合成一张较为完美的高动态(HDR)图。电流控制模块101根据预先设定的发光电流控制目标，即I1>I2>I3，输出相应的控制信号，所述控制信号为数字信号，用于对可调电压源模块102进行控制，使其依次输出对应的光源电压V1、V2和V3，且V1>V2>V3，使得所述光源模块103的曝发光电流依次为I1、I2、I3，实现对光源发光功率的控制。

请参考图3，在另一具体实施方式中，所述电流控制模块101用于根据反馈信号，调整发光电流控制目标，并输出对应的控制信号至可调电压源模块。所述反馈信号与光源模块103上一时刻发光的发光电流相关。所述电流控制模块101可以在模组或者产品出厂前，经过特定的反馈模式进行出厂前校准，以获得精确的反馈系数，消除电路部件的不匹配及非理想因素。

该具体实施方式中，所述光源控制装置还包括反馈模块201，所述反馈模块201连接至所述电流控制模块101，用于向所述电流控制模块101发送与光源模块103发光电流相关的反馈信号；所述电流控制模块101用于根据所述反馈信号，调整发光电流控制目标，并输出对应的控制信号至可调电压源模块102。所述反馈模块201可以与所述光源模块103具有电路连接，或通过其他方式获取光源模块103的反馈信息。

在该具体实施方式中，所述反馈模块201连接至所述光源模块103的发光器件D1所在电路，用于检测光源模块103的发光电流，并形成与所述发光电流对应的反馈信号。例如，所述反馈模块201可以包括检测单元，用于检测所述发光器件D1的发光电流，并反馈至电流控制模块101，所述的电流控制模块101根据预先设定的程序，根据所述数字信号发送对应的控制信号至可调电压源模块102。所述反馈信号可以为模拟信号，也可以为经过转换后的数字信号。例如，当所述发光器件D1的发光电流反馈信号大于一设定值时，所述电流控制模块101向可调电压模块102发送降压控制信号，以降低所述光源模块103的光源电压。或者，所述电流控制模块101内置有逻辑程序，根据反馈信号，结合所需图像质量以及人眼安全标准等因素，运用内部逻辑运算获得对应的控制信号。

请参考图4，为本发明一具体实施方式的光源控制装置的结构示意图。

该光源控制装置的反馈模块201包括光电二极管D2和连接所述光电二极管D2的转换单元2011，所述光电二极管D2用于以一定比例接收光源模块103发出的光，并转换成与发光电流对应的反馈电流；所述转换单元2011用于对所述反馈电流进行模数转换，形成反馈信号。所述光源模块103发出的光强越大，所述光电二极管D2产生的反馈电流越大，所述反馈电流与光源模块103的发光电流成正比，因此，所述反馈信号为与所述发光电流大小相关。

本发明的具体实施方式还提供一种包括所述光源控制装置的飞行时间传感器。

请参考图5，为本发明一具体实施方式的飞行时间传感器结构示意图。

所述飞行时间传感器包括上述光源控制装置，所述可调电压源模块102、电流控制模块101任意一个或两个，以及所述光源模块103的驱动单元，可以集成于所述飞行时间传感器的驱动芯片上。在其他具体实施方式中，所述可调电压源模块102和/或电流控制模块101也可以单独集成于独立的芯片上。

所述飞行时间传感器还包括图像处理模块301，作为本发明的一个具体实施方式，所述光源控制装置的反馈模块201连接至所述图像处理模块301，用于根据所述图像处理模块301获得的图像信息，形成反馈信号。所述反馈信号与所述图像处理模块获取的各像素的光能量相关，而各像素的光能量与光源模块103的发光电流相关，发光电流越大，各像素获得的光能量值越大。所述反馈信号可以为所述光能量值对应的数字或模拟信号。或者，所述反馈信号可以包括各像素的光能量以及距离信息的置信度信息，例如，当像素获得的距离信息置信度下降，所述电流控制模块101可以控制可调电压源模块102提高或降低输出的光源电压VL，以提高所述传感器距离检测的准确性。所述反馈信号也可以与所述图像处理模块301获得的被测物体的反射率相关，例如黑色物体的反射率较低，使得各像素获得的光能量较小，需要增大发光强度；而白色物体的反射率较高，使得各像素获得的光能量较大，需要降低发光强度。

本发明的光源控制装置通过一电流控制模块和可调电压源模块调整光源模块的光源电压，以实现对发光功率的调整。通过所述电流控制模块可以实现对光源电压的程序控制，并且，还可以结合光源模块上一时刻的发光电流信息作为反馈，进行动态调整，使得所述光源模块的发光功率调整更为智能。并且，可以降低光源模块内部的元件压降，减少发热，降低功耗，提高系统稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种光源控制装置，其特征在于，包括：

电流控制模块，用于根据发光电流的控制目标，输出相应的控制信号；

可调电压源模块，与所述电流控制模块连接，用于根据所述电流控制模块的控制信号输出相应的光源电压；

光源模块，与所述可调电压源模块连接，由所述可调电压源模块输出的光源电压控制发光电流大小，从而发出对应功率的光。

2.根据权利要求1所述的光源控制装置，其特征在于，所述电流控制模块根据预先设定的发光电流控制目标及控制流程，输出相应的控制信号。

3.根据权利要求1所述的光源控制装置，其特征在于，还包括：反馈模块，所述反馈模块连接至所述电流控制模块，用于向所述电流控制模块发送与光源模块发光电流相关的反馈信号；所述电流控制模块用于根据所述反馈信号，调整发光电流控制目标，并输出对应的控制信号至可调电压源模块。

4.根据权利要求3所述的光源控制装置，其特征在于，所述反馈模块用于检测光源模块的发光电流，并形成与所述发光电流对应的反馈信号。

5.根据权利要求4所述的光源控制装置，其特征在于，所述反馈模块包括光电二极管和连接所述光电二极管的转换单元，所述光电二极管用于以一定比例接收光源模块发出的光，并转换成与发光电流对应的反馈电流；所述转换单元用于对所述反馈电流进行模数转换，形成反馈信号。

6.根据权利要求3所述的光源控制装置，其特征在于，所述光源控制装置用于飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包括图像处理模块，所述反馈模块用于连接至所述图像处理模块，根据所述图像处理模块获得的图像信息，形成反馈信号。

7.根据权利要求1所述的光源控制装置，其特征在于，所述可调电压源模块用于根据所述控制信号对工作电压进行升压或降压处理。

8.根据权利要求1所述的光源控制装置，其特征在于，所述光源模块包括发光器件和驱动单元，所述驱动单元用于控制所述发光器件的导通或断开状态。

9.根据权利要求1所述的光源控制装置，其特征在于，还包括一电容，一端接地，另一端连接至可调电压源模块的输出端，所述可调电压源模块的输出端与所述电容之间连线内阻为R，所述光源模块的电压输入端的电压调整时间为T，T＝2π×RC，所述电容C的数值由所述电压调整时间决定。

10.一种飞行时间传感器，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的光源控制装置。

11.一种光源控制方法，其特征在于，包括：

根据发光电流的控制目标，产生相应的控制信号；

根据所述控制信号，形成相应的光源电压；

由所述光源电压控制发光电流大小，从而发出对应功率的光。

12.根据权利要求11所述的光源控制方法，其特征在于，根据预先设定的发光电流控制目标及控制流程，产生相应的控制信号。

13.根据权利要求11所述的光源控制方法，其特征在于，还包括：形成与发光电流相关的反馈信号；根据所述反馈信号，调整发光电流的控制目标，并产生相应的控制信号。

14.根据权利要求13所述的光源控制方法，其特征在于，检测发光的发光电流大小，并根据所述发光电流大小，形成与所述发光电流相关的反馈信号。

15.根据权利要求14述的光源控制方法，其特征在于，采用光电二极管以一定比例接收光源模块发出的光，并转换成与发光电流对应的反馈电流；对所述反馈电流进行模数转换，形成反馈信号。

16.根据权利要求13所述的光源控制方法，其特征在于，所述光源控制方法用于飞行时间传感器的光源控制时，根据所述飞行时间传感器获得的图像信息，形成反馈信号。

17.根据权利要求11所述的光源控制方法，其特征在于，根据所述控制信号，对工作电压进行升压或降压处理，以形成相应的光源电压。