具有全帧利用的选通闪光激光雷达制造技术

一种光检测和测距（激光雷达）系统包括：发射器，其被配置为发射多个光信号；检测器，其被配置为被激活以检测入射到检测器上的光中的光信号中的一个，并提供与检测到的光信号中的一个相对应的计数数据；多个存储存储器位置，其被配置为在其中存储计数数据；以及控制电路，其被配置为基于从发射光信号中的一个起经过的持续时间将存储计数数据的位置从第一存储存储器位置改变为第二存储存储器位置。储存储器位置改变为第二存储存储器位置。储存储器位置改变为第二存储存储器位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有全帧利用的选通闪光激光雷达
[0001]优先权声明本申请要求于2019年10月15日向美国专利商标局提交的第62/915,308号美国临时专利申请的优先权权益，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。


[0002]本公开涉及光检测和测距（LIDAR或激光雷达）系统，更具体地涉及检测飞行时间激光雷达系统的像素直方图中的尖峰的方法和装置。

技术介绍

[0003]基于飞行时间（ToF）的成像用于许多应用中，包括距离测定、深度剖析和3D成像（例如，激光雷达）。直接飞行时间测量包括直接测量发射辐射与辐射从物体或其他目标反射之后感测到辐射之间的时间长度。由此可以确定到目标的距离。间接飞行时间测量包括通过对由激光雷达系统的（一个或多个）发射器元件发射的信号幅度进行相位调制并测量在激光雷达系统的（一个或多个）检测器元件处接收到的回波信号的相位（例如，关于延迟或偏移）来确定到目标的距离。可以通过一系列单独的测量或样本来测量这些相位。在特定应用中，可使用单光子检测器阵列（如单光子雪崩二极管（SPAD）阵列）对直接或间接飞行时间系统中的反射辐射进行感测。SPAD阵列可用作高灵敏度和定时分辨率（timing resolution）有益的成像应用中的固态检测器。
[0004]SPAD是基于pn结器件，例如通过具有所需脉冲宽度的选通信号或响应于这样的选通信号而偏置到其击穿区域之外。高反向偏置电压产生足够大小的电场，使得引入到器件的耗尽层中的单个电荷载流子可以通过碰撞电离引起自持雪崩。雪崩被猝熄电路（主动或被动）地猝熄，以允许器件被“重置”以检测更多光子。起始电荷载流子可以通过单个入射光子撞击高场区域而光电产生。正是这种特性产生了“单光子雪崩二极管”的名字。这种单光子检测操作模式通常称为“盖革模式”。
[0005]在一些应用中，例如无人驾驶飞行器（UAV）、汽车和工业机器人，激光雷达系统的功耗尤其成问题。例如，在汽车应用中，汽车的供能必须满足增加的发射功率要求，这可能会给汽车制造商增加相当大的负担。此外，由较高发射功率产生的热量可能改变发光阵列的光学性能和/或可能对可靠性产生负面影响。

技术实现思路

[0006]本文描述的一些实施例提供了方法、系统和包括电子电路的装置，以解决上述和其他问题，这是通过提供一种激光雷达系统，其包括一个或多个发射器单元（包括一个或多个半导体激光器，如表面发射或边缘发射激光二极管；本文通常称为发射器）、一个或多个光检测器像素（包括一个或多个半导体光电检测器，如光电二极管，包括雪崩光电二极管和单光子雪崩检测器；本文通常称为检测器）和控制电路，该控制电路被配置为选择性地操作发射器单元和/或检测器像素的子集（包括其中的各个发射器和/或检测器）以提供3D飞行
时间（ToF）闪光激光雷达系统。检测器像素可以在发射器单元的脉冲之间的大部分（或全部）时间是活动的，并且存储来自检测器像素的计数数据的位置可以基于从发射器单元的脉冲之一起经过的时间而改变。
[0007]根据本专利技术的一些实施例，一种光检测和测距（激光雷达）系统包括：发射器，其被配置为发射多个光信号；检测器，其被配置为被激活以检测入射到检测器上的光中的光信号中的一个，并提供与检测到的光信号中的一个相对应的计数数据；多个存储存储器位置，其被配置为在其中存储计数数据；以及控制电路，其被配置为基于从发射光信号中的一个起经过的持续时间将存储计数数据的位置从第一存储存储器位置改变为第二存储存储器位置。
[0008]在一些实施例中，检测器包括多个检测器，并且第一存储存储器位置和第二存储存储器位置在多个检测器之间共享。
[0009]在一些实施例中，控制电路还被配置为执行预充电、读取、修改、写入（PRMW）操作，以将计数数据存储在第二存储存储器位置中。
[0010]在一些实施例中，多个光信号包括第一光信号和在第一光信号之后的第二光信号，二者间具有脉冲周期持续时间。
[0011]在一些实施例中，控制电路还被配置为激活检测器达一持续时间，该持续时间长于第一光信号和第二光信号之间的脉冲周期持续时间的一半。
[0012]在一些实施例中，控制电路还被配置为选择性地以第一功率水平或小于第一功率水平的第二功率水平操作发射器。
[0013]在一些实施例中，控制电路还被配置为以第一功率水平操作发射器，并且控制电路还被配置为在脉冲周期持续时间的第一部分期间停用检测器、并且在脉冲周期持续时间的在第一部分之后的第二部分期间激活检测器。
[0014]在一些实施例中，控制电路还被配置为以第二功率水平操作发射器，并且控制电路还被配置为在脉冲周期持续时间的第一部分期间激活检测器、并且在脉冲周期持续时间的在第一部分之后的第二部分期间停用检测器。
[0015]在一些实施例中，控制电路还被配置为以第一功率水平操作发射器以发射第一光信号，并以第二功率水平操作发射器以发射第二光信号。
[0016]在一些实施例中，所述系统还包括检测器像素，其包括所述检测器、所述多个存储存储器位置和所述控制电路。
[0017]在一些实施例中，所述检测器像素的所述检测器、所述多个存储存储器位置和/或所述控制电路位于多个基板上。
[0018]在一些实施例中，所述检测器像素在所述多个基板中的相应基板之间包括硅通孔、中介层和/或金属连接。
[0019]在一些实施例中，所述多个基板中的第一基板包括所述多个存储存储器位置，并且所述多个基板中的第二基板包括所述检测器。
[0020]在一些实施例中，第二基板包括控制电路。
[0021]在一些实施例中，所述多个基板中的第三基板包括控制电路。
[0022]在一些实施例中，所述激光雷达系统还包括信号处理电路，检测器包括多个检测器，每个检测器联接到信号处理电路，并且控制电路还被配置为响应于光信号中的一个而
激活所述多个检测器中的一个或多个，以避免信号处理电路饱和。
[0023]在一些实施例中，控制电路还被配置为检测入射到所述多个检测器中的至少一个上的光中的背景光的强度，并响应于此来控制所述多个检测器中的一个或多个检测器的激活。
[0024]在一些实施例中，第一存储存储器位置包括第一多个直方图仓，每个直方图仓被配置为存储与计数数据相关联的第一多个比特，并且第二存储存储器位置包括第二多个第二直方图仓，每个第二直方图仓被配置为存储与计数数据相关联的第二多个比特。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，一种光检测和测距（激光雷达）系统的控制电路被配置为执行包括以下的操作：控制发射器发射第一光信号和在第一光信号之后的第二光信号，二者间具有脉冲周期持续时间；激活检测器以检测入射到检测器上的光中的第一和/或第二光信号中的一个，并提供与检测到的第一和/或第二光信号中的一个相对应的计数数据，其中激活检测器达一持续时间，该持续时间长于第一光信号和第二光信号之间的脉冲周期持续时间的一半；以及基于从发射第一光信号起经过的持续时间来控制对共享存储器位置的访问，以将存储计数数据的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光检测和测距（激光雷达）系统包括：发射器，其被配置为发射多个光信号；检测器，其被配置为被激活以检测入射到检测器上的光中的光信号中的一个，并提供与检测到的光信号中的一个相对应的计数数据；多个存储存储器位置，其被配置为在其中存储计数数据；以及控制电路，其被配置为基于从发射光信号中的一个起经过的持续时间将存储计数数据的位置从第一存储存储器位置改变为第二存储存储器位置。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，检测器包括多个检测器，并且其中，第一存储存储器位置和第二存储存储器位置在多个检测器之间共享。3.根据权利要求1或权利要求2所述的激光雷达系统，其中，控制电路还被配置为执行预充电、读取、修改、写入（PRMW）操作，以将计数数据存储在第二存储存储器位置中。4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，多个光信号包括第一光信号和在第一光信号之后的第二光信号，二者间具有脉冲周期持续时间。5.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其中，控制电路还被配置为激活检测器达一持续时间，该持续时间长于第一光信号和第二光信号之间的脉冲周期持续时间的一半。6.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其中，控制电路还被配置为选择性地以第一功率水平或小于第一功率水平的第二功率水平操作发射器。7.根据权利要求6所述的激光雷达系统，其中，控制电路还被配置为以第一功率水平操作发射器，并且其中，控制电路还被配置为在脉冲周期持续时间的第一部分期间停用检测器、并且在脉冲周期持续时间的在第一部分之后的第二部分期间激活检测器。8.根据权利要求6所述的激光雷达系统，其中，控制电路还被配置为以第二功率水平操作发射器，并且其中，控制电路还被配置为在脉冲周期持续时间的第一部分期间激活检测器、并且在脉冲周期持续时间的在第一部分之后的第二部分期间停用检测器。9.根据权利要求6所述的激光雷达系统，其中，控制电路还被配置为以第一功率水平操作发射器以发射第一光信号，并以第二功率水平操作发射器以发射第二光信号。10.根据任一前述权利要求所述的激光雷达系统，还包括检测器像素，其包括所述检测器、所述多个存储存储器位置和所述控制电路。11.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其中，所述检测器像素的所述检测器、所述多个存储存储器位置和/或所述控制电路位于多个基板上。12.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其中，所述检测器像素在所述多个基板中的相应基板之间包括硅通孔、中介层和/或金属连接。13.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其中，所述多个基板中的第一基板包括所述多个存储存储器位置，并且所述多个基板中的第二基板包括所述检测器。14.根据权利要求13所述的激光雷达系统，其中，第二基板包括控制电路。15.根据权利要求13所述的激光雷达系统，其中，所述多个基板中的第三基板包括控制电路。16.根据任一前述权利要求所述的激光雷达系统，还包括信号处理电路，
其中，检测器包括多个检测器，每个检测器联接到信号处理电路，并且其中，控制电路还被配置为响应于光信号中的一个而激活所述多个检测器中的一个或多个，以避免信号处理电路饱和。17.根据权利要求16所述的激光雷达系统，其中，控制电路还被配置为检测入射到所述多个检测器中的至少一个上的光中的背景光的强度，并响应于此来控制所述多个检测器中的一个或多个检测器的激活。18.根据任一前述权利要求所述的激光雷达系统，其中，第一存储存储器位置包括第一多个频率分布图仓，每个频率分布图仓被配置为存储与计数数据相关联的第一多个比特，并且其中，第二存储存储器位置包括第二多个第二频率分布图仓，每个第二频率分布图仓被配置为存储与计数数据相关联的第二多个比特。19.一种光检测和测距（激光雷达）系统的控制电路，所述控制电路被配置为执行包括以下的操作：控制发射器发射第一光信号和在第一光信号之后的第二光信号，二者间具有脉冲周期持续时间；激活检测器以检测入射到检测器上的光中的第一和/或第二光信号中的一个，并提供与检测到的第一和/或第二光信号中的一个相对应的计数数据，其中激活检测器达一持续时间，该持续时间长于第一光信号和第二光信号之间的脉冲周期持续时间的一半；以及基于从发射第一光信号起经过的持续时间来控制对共享存储器位置的访问，以将存储计数数据的位置从第一存储存储器位置改变为第二存储存储器位置。20.根据权利要求19所述的激光雷达系统，其中，第一存储存储器位置包括第一多个频率分布图仓，每个频率分布图仓被配置为存储与计数数据相关联的第一多个比特，并且其中，第二存储存储器位置包括第二多个第二频率分布图仓...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：爱丁堡大学董事会，
类型：发明
国别省市：