成像系统和检测方法技术方案

一种成像系统包括光发射器(LE)、检测器阵列(DA)和同步电路(SC)。光发射器(LE)设置为发射经调制的强度的光，其中，强度在帧(A、B、A')的采集期间被单调调制。同步电路(SC)被设置为使采集与光发射器(LE)同步。使采集与光发射器(LE)同步。使采集与光发射器(LE)同步。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】成像系统和检测方法
[0001]本专利技术涉及光检测、测距、激光雷达(LIDAR)和系统领域。此外，本专利技术涉及成像系统。更具体地，本专利技术涉及具有用于距离测量的集成LIDAR功能的成像系统。特别地，本专利技术涉及具有距离测量能力的高分辨率成像器。
[0002]现有技术主要通过所谓的飞行时间(TOF)方法来处理光学测距系统，其中，发射光脉冲并用时间
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数字转换器TDC计算该光脉冲传播的时间。
[0003]当前最先进的LIDAR系统能够分为三类：
[0004](1)具有可移动零件和对表面的连续扫描的扫描LIDAR系统。迄今为止，这种系统例如用于自动驾驶。
[0005](2)具有固态照明系统的LIDAR系统，其中许多点被投射到表面上。这种系统可以做得小而紧凑；原则上适用于小型化，并且例如用于移动设备中。
[0006](3)LIDAR系统，其中CMOS成像器与接收调制器结合使用。迄今为止，这种系统仅限于手持设备，而且不能小型化，因为需要分立的光学部件。
[0007]图7和图8均示出了上述现有技术方法(1)和(2)的工作原理。图1示出了LIDAR系统，其中，光源(例如激光器)正朝物体发射光脉冲，光脉冲在物体处被反射。图8示出了LIDAR系统，其中，反向传播的光脉冲由适当的光电检测器检测。光脉冲发射与接收光脉冲之间的时间差用时间
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数字转换器TDC来测量。
[0008]在这两种情况下，光脉冲由光源(通常为激光器)发射并偏转到几个物体上，并在那里被反射。然后，反向传播的光脉冲被适当的光电检测器(例如雪崩光电检测器或SPAD)收集。光脉冲发射与接收光脉冲之间的时间差是由时间
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数字转换器TDC测量或计数的。在这种系统中，通常一个单个激光束或所谓的点云被发射到场景中。因此，分辨率被限至为仅单个或几百个像素。
[0009]在第三种方法(3)中，光脉冲通常不是由单个或多个准直激光束发射。相反，具有一定视场FOV的光源或激光束以几度的量级顺序均匀地照射场景。反射后，光脉冲用CMOS成像传感器或传感器阵列收集。图像传感器本身配置为使得其具有建在其顶部的调制器，以调制输入信号的强度或相位。首先，记录未经调制的图像Idc。然后，采集经过调制的图像Imod。进行调制使得调制器在帧的开始处衰减信号。在帧结束时，调制器允许完全透明并且信号不再衰减。
[0010]此时，在采集两个帧之后，距离图像作为经过调制的图像和未经调制的图像的函数被计算。尽管该系统可与超过1M像素的CMOS成像传感器一起工作，但包括偏振分束器和复杂调制器的光学路径的集成仍然是一个挑战。
[0011]US 8471895涉及高分辨率三维成像的系统和方法。该参考文献公开了基于上述方法(3)的LIDAR系统。调制器集成在检测器的顶部。调制器由电光普克尔斯元件制成，该电光普克尔斯元件由晶体材料(诸如铌酸锂)制成。尽管已知这种系统是起作用的，但由于调制器材料的价格，其成本非常高。此外，与CMOS成像传感器的集成具有挑战性。
[0012]US 10218962涉及高分辨率三维成像的系统和方法。该参考文献描述与上述第一个参考文献类似的LIDAR系统，不同之处在于采用了两个传感器阵列，而不是一个具有连续
帧的传感器阵列。此外，光源可以具有附接到其上的漫射器或任何其他装置以减少其相干性从而减少散斑。
[0013]US 2017/0248796 A1涉及一种3D成像系统。该参考文献显示了在相邻像素顶部上使用正交偏振状态以减少闪烁并抑制其他不想要的效果。同样，在接收侧采用调制原理。光学路径中需要偏振分束器，使得系统大而笨重。
[0014]目的是提供一种允许更容易集成的成像系统和检测方法。
[0015]这些目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的发展和实施例在从属权利要求中描述。
[0016]应当理解的是，除非另有说明，否则与任何一个实施例相关的任何特征可以单独使用，或与本文所述的其他特征结合使用，也可以与任何其他实施例的一个或更多个特征结合使用，或与任何其他实施例的任何组合使用。此外，在不脱离所附权利要求所限定的成像系统和检测方法的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等同部分和修改。
[0017]以下涉及光检测、测距、激光雷达(LIDAR)和系统领域中的改进构思。一方面在于对光源的调制而不是对接收器的调制。此外，简化了光束路径，从而例如能够将偏振分束器PBS集成到CMOS成像传感器中。
[0018]在至少一个实施例中，成像系统包括光发射器，该光发射器设置为发射经过调制的强度的光。在采集帧期间，强度被单调调制。此外，成像系统包括检测器阵列和同步电路以使采集与光发射器同步。
[0019]例如，光发射器包括光源(诸如发光二极管或半导体激光二极管)。一种类型的半导体激光二极管包括表面发射激光器，诸如垂直腔面发射激光器或VCSEL或者边缘发射激光器。VCSEL结合了诸如表面发射的特性，其提供在可寻址阵列方面的设计灵活性、低阈值电流、提高的可靠性和使用晶圆级制造工艺的可能性。光发射器的另一种选择是使用发光二极管(LED)。LED也是表面发射器件，但其局限性在于辐射是非相干的，并且与定向激光束相比具有典型的朗伯发射特性。例如，光发射器包括或连接到调制电路，该调制电路设置为调制光发射器的强度。调制电路的一个示例是激光驱动器电路。
[0020]通常，光源或光发射器具有一个或更多个特征发射波长。例如，光发射器的发射波长位于近红外NIR。例如，其他波长可以包括可见光或紫外线、红外线(IR)或远红外线(FIR)。在一个实施例中，光发射器的波长可以是可见光波长。在另一个实施例中，光发射可以在人眼不可见的红外波长范围中。在优选实施例中，发射波长能够为850nm或940nm。窄波长带宽(特别是在超温的情况下)允许在接收器端(例如在检测器阵列处)进行更有效的过滤，从而提高信噪比(SNR)。例如，VCSEL激光器支持这一点。这种类型的激光器允许发射垂直圆柱光束，这使得集成到成像系统中较简单。使用一个或多个漫射器能够使激光的发射均匀，以均匀地照射场景。
[0021]检测器阵列包括一个或更多个光电检测器，所述一个或更多个光电检测器在下文表示为像素。通常，像素实现为设置或集成到阵列中的固态或半导体光电检测器。示例包括CCD或CMOS成像传感器、单光子雪崩二极管阵列、SPAD或其他类型的雪崩二极管、APD。这些类型的光电检测器对光(诸如NIR、VIS和UV)敏感，这促进了借助于光发射器在发射中使用窄脉冲宽度。
[0022]同步电路设置为借助于一侧的光发射器同步光的发射，和借助于另一侧的检测器
阵列同步光的检测。同步电路可以控制用于检测的时间帧与脉冲发射之间的延迟。例如，可以根据要检测的距离或距离范围来设置脉冲的结束与检测开始之间的延迟。完成一个距离测量周期所需的时间取决于成像系统和外部目标之间的距离。
[0023]检测器阵列被布置为采集一个或更多个连续图像(在下文中表示为帧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种成像系统，包括：
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光发射器(LE)，其被布置成发射经调制的强度的光，其中所述强度在帧(A、B、A')的采集期间被单调调制，
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检测器阵列(DA)，以及
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同步电路(SC)，用于使采集与所述光发射器(LE)同步。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中
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至少所述检测器阵列(DA)和所述同步电路(SC)被集成到同一芯片(CH)中，和/或
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所述成像包括传感器封装件，所述传感器封装件包围集成到同一芯片(CH)中的检测器阵列(DA)和同步电路(SC)以及光发射器(LE)。3.根据权利要求1或2所述的成像系统，还包括：
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调制电路，其被布置成借助于所述光发射器(LE)驱动光的发射，和/或
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光的发射是脉冲的，使得由于调制，至少一些脉冲具有根据时间单调增加或单调减少的强度分布。4.根据权利要求1至3之一所述的成像系统，其中，所述同步电路(SC)可操作以控制光的发射与用于检测的时间帧之间的延迟。5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述光的发射是脉冲的，并且所述同步电路(SC)分别在用于检测的时间帧开始与脉冲的结束之间设置延迟。6.根据权利要求1至5之一所述的成像系统，其中，所述检测器阵列(DA)包括具有偏振功能的像素。7.根据权利要求1至6之一所述的成像系统，其中，相邻像素具有正交偏振功能。8.根据权利要求1至6之一所述的成像系统，其中
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所述检测器阵列(DA)包括四个像素的单元，以及
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单元分别具有四种不同的偏振功能。9.根据权利要求1至8之一所述的成像系统，其中
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所述光发射器(LE)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：延斯，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：