CN111801590A - 用于减轻雪崩光电二极管（apd）致盲的系统和方法 - Google Patents

用于减轻雪崩光电二极管（apd）致盲的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本文中描述的是该减轻雪崩光电二极管（APD）致盲并允许提高多返回光信号的检测中的准确度的系统和方法。由于主APD的饱和，因此盲点可能出现。该系统和方法包括合并冗余APD以及利用时间分集和空间分集。APD的检测由偏置信号激活。冗余APD接收与主APD相比的时间延迟偏置信号。此外，冗余APD被定位在主焦平面之外，以便衰减冗余APD的输出。借助衰减，冗余APD可能不饱和，并且可能在主APD的盲点期间具有成功检测。实施例可以包括多个主APD和多个辅助APD。

Description

用于减轻雪崩光电二极管（APD）致盲的系统和方法
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求共同拥有的于2018年2月15日提交的、题为“SYSTEMS AND METHODSFOR MITIGATING AVALANCHE PHOTODIODE (APD) BLINDING”、列出Kiran Kumar Gunnam、Nitinkumar Sagarbhai Barot、Rajesh Ramalingam Varadharajan、Roger JullianPinto、Kanke Gao为发明人的美国专利申请第15/898,132号（案卷编号20151-2161）的优先权，该专利文档通过引用被整体地并入本文中并且用于所有目的。
背景技术
A.技术领域
本公开一般地涉及用于雪崩光电二极管（APD）的系统和方法，并且更特别地涉及用于在这样的光检测和测距系统（LIDAR）的光检测应用中利用的APD的系统和方法。
B.背景技术
在诸如LIDAR系统之类的光检测和测距系统中，返回信号中的多个峰值可能在彼此的非常接近的时间内被接收。由于LIDAR系统的光电二极管可能饱和并表现出（exhibit）反向偏置雪崩恢复现象，因此在APD检测中可能出现盲点。盲点可能限制LIDAR系统检测多返回光信号中的峰值的能力。在这种情况下，APD可能对光不敏感，并且无法检测到多返回光信号中的峰值，直到APD已经从饱和恢复。
因此，所需要的是减轻APD致盲（blinding）并且允许多返回光信号的准确检测的系统和方法。
附图说明
将参考本发明的实施例，其示例可以在附图中被图示。这些附图旨在是说明性的，而不是限制性的。尽管通常在这些实施例的上下文中描述本发明，但是应当理解，其并不旨在将本发明的范围限制于这些特定实施例。附图中的条目未按比例。
图（“附图”）1描绘了根据本文档的实施例的光检测和测距系统的操作。
图2图示了根据本文档的实施例的光检测和测距系统以及多返回光信号的操作。
图3描绘了根据本文档的实施例的具有旋转反射镜的LIDAR系统。
图4A图形地图示了根据本文档的实施例的光电二极管的电流-电压特性。
图4B图形地图示了根据本文档的实施例的关于盲点的大小。
图5图形地图示了根据本文档的实施例的包括盲点的检测到的多返回光信号。
图6描绘了根据本文档的实施例的具有冗余APD的光检测器。
图7A、7B、7C图形地图示了根据本文档的实施例的具有冗余APD的光检测器的操作的波形。
图8描绘了根据本文档的实施例的用于利用具有冗余APD的光检测器来检测多返回光信号的流程图。
图9描绘了根据本文档的实施例的计算设备/信息处置系统的简化框图。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本发明的理解。然而，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实施本发明。此外，本领域技术人员将认识到，下面描述的本发明的实施例可以以多种方式来实现，所述方式诸如过程、装置、系统、设备或有形计算机可读介质上的方法。
图中所示的组件或模块说明本发明的示例性实施例，并且意在避免模糊本发明。还应当理解，贯穿该讨论，该组件可以被描述为分离的功能单元，其可以包括子单元，但是本领域技术人员将认识到，各种组件或其部分可以被划分为分离的组件或者可以被集成在一起，包括集成在单个系统或组件内。应当注意，本文中讨论的功能或操作可以被实现为组件。组件可以以软件、硬件或其组合来实现。
此外，附图内的组件或系统之间的连接不旨在限于直接连接。而是，这些组件之间的数据可以通过中间组件来修改、重新格式化或以其他方式改变。此外，可以使用附加的或更少的连接。还应注意，术语“耦合”、“连接”或“通信地耦合”应被理解为包括直接连接、通过一个或多个中间设备的间接连接以及无线连接。
说明书中对“一个实施例”、“优选实施例”、“实施例”或“多个实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定特征、结构、特性或功能被包括在本发明的至少一个实施例中，并且可以在多于一个实施例中。此外，上面指出的短语在说明书中各种位置中的出现不一定全部指代一个或多个相同的实施例。
在说明书中的各种位置中使用某些术语是用于说明，并且不应被解释为限制性的。服务、功能或资源不限于单个服务、功能或资源；这些术语的使用可以指代相关服务、功能或资源的分组，所述服务、功能或资源可以是分布式的或集合的（aggregated）。
术语“包括”、“包括了”、“包含”和“包含了”应被理解为开放式术语，并且以下的任何列表都是示例，并不意在限于所列出的条目。本文中所使用的任何标题仅用于组织目的且不应被用于限制说明书或权利要求书的范围。本专利文档中提到的每个参考文献都通过引用被整体地并入本文中。
此外，本领域技术人员应认识到：（1）可以可选地执行某些步骤；（2）步骤可以不限于本文中阐述的具体次序；（3）某些步骤可以以不同的次序来执行；以及（4）某些步骤可以被同时进行。
A.光检测和测距系统
诸如LIDAR系统的光检测和测距系统可以是用于测量系统周围环境的形状和轮廓的工具。LIDAR系统可以被应用于许多应用，包括自主导航和地面的航空制图（aerial mappingof a surface）两者。LIDAR系统发出光脉冲，该光脉冲后续被系统在其中操作的环境内的物体反射离开。物体可以被认为是“反射器（reflector）”。可以测量每个脉冲从被发出到被接收传播（travel）的时间（即，飞行时间“TOF”），以确定物体与LIDAR系统之间的距离。该科学（science）基于光和光学的物理学。
在LIDAR系统中，可以从快速发射的激光器发出光。激光传播通过介质并且反射离开比如建筑物、树枝和车辆的环境中的事物的点（points of things）。反射的光能返回到LIDAR接收器（检测器），其在那里被记录并用于对环境制图。
图1描绘了根据本文档的实施例的光检测和测距组件102以及数据分析和解释109的操作100。光检测和测距组件102可以包括发射发出的光信号110的发射器104、包括检测器的接收器106以及系统控制和数据获取108。发出的光信号110传播通过介质并反射离开物体112。返回光信号114传播通过介质并被接收器106接收。系统控制和数据获取108可以控制发射器104的光发出，并且数据获取可以记录由接收器106检测到的返回光信号114。数据分析和解释109可以经由连接116从系统控制和数据获取108接收输出，并且执行数据分析功能。连接116可以用接触或非接触通信方法来实现。发射器104和接收器106可以包括光学透镜（未示出）。发射器104可以发出具有以特定顺序的多个脉冲的激光束。在一些实施例中，光检测和测距组件102以及数据分析和解释109包括LIDAR系统。
图2图示了根据本文档的实施例的光检测和测距系统202的操作200，所述光检测和测距系统202包括多返回光信号：（1）返回信号203和（2）返回信号205。光检测和测距系统202可以是LIDAR系统。由于激光的光束发散，单个激光发射经常击中多个物体，从而产生多个返回。光检测和测距系统202可以分析多个返回并且可以报告最强返回、最后返回或者两个返回。根据图2，光检测和测距系统202在近壁204和远壁208的方向上发出激光。如图示的那样，光束的大部分在区域206处击中近壁204，从而产生返回信号203，并且光束的另一部分在区域210处击中远壁208，从而产生返回信号205。与返回信号205相比，返回信号203可以具有更短的TOF和更强的接收信号强度。仅当两个物体之间的距离大于最小距离时，光检测和测距系统202才可以记录两个返回。在单返回和多返回LIDAR系统两者中，重要的是将返回信号与发射光信号准确地相关联，使得核算（calculate）准确的TOF。
LIDAR系统的一些实施例可以以2-D（即，单平面）点云（point cloud）方式捕获距离数据。这些LIDAR系统可能经常被用于工业应用中，并且可能经常被重新用于勘测（surveying）、制图、自主导航和其他用途。这些设备的一些实施例依赖于与一些类型的移动反射镜组合的单个激光发出器/检测器对的使用来实现跨至少一个平面扫描。该反射镜不仅反射来自二极管的发出的光，而且还可以将返回光反射到检测器。在该应用中使用旋转反射镜可能是在简化系统设计和可制造性两者的同时实现90-180-360度的方位角视图的方式（means）。
图3描绘了根据本文档的实施例的具有旋转反射镜的LIDAR系统300。LIDAR系统300采用与旋转反射镜组合的单个激光发出器/检测器来有效地跨平面扫描。由这样的系统执行的距离测量实际上是二维的（即，平面的），并且所捕获的距离点被渲染为2-D（即，单平面）点云。在一些实施例中（但不限制），旋转反射镜以非常快的速度旋转，例如每分钟数千转。旋转反射镜也可以被称为自旋（spinning）反射镜。
LIDAR系统300包括激光电子设备302，其包括单个光发出器和光检测器。发出的激光信号301可以被引导到固定反射镜304，该固定反射镜304将发出的激光信号301反射到旋转反射镜306。当旋转反射镜306“旋转”时，发出的激光信号301可以在其传播路径中反射离开物体308。反射信号303可以经由旋转反射镜306和固定反射镜304被耦合到激光电子设备302中的检测器。
如先前所指出的那样，飞行时间或TOF是LIDAR系统用来为环境制图并提供用于检测目标物体的可行且验证的技术的方法。同时，随着激光发射，LIDAR系统内的固件可能正在分析和测量接收到的数据。LIDAR系统内的光学接收透镜像望远镜一样起作用，收集从环境返回的光子的碎片（fragment）。系统中采用的激光器越多，可以收集的关于环境的信息就越多。与具有多个激光器的系统相比，单个激光器LIDAR系统可能处于劣势处，因为可以收回（retrieve）更少的光子，因此可以获取更少的信息。LIDAR系统的一些实施例（但不限制）已经用8、16、32和64个激光器实现。此外，一些LIDAR实施例（但不限制）可以具有30-40°的垂直视场（FOV），其中激光束间距紧至0.3°，并且可以具有每秒5-20转的旋转速度。
旋转反射镜功能还可以用诸如MEMS的固态技术来实现。
B.多返回光信号检测器中的雪崩光电二极管（APD）
如相对于图2所讨论的，利用LIDAR系统，一个激光发射可以在一条线上以不同的距离击中多个物体，从而导致接收到多个返回信号。在这些环境中检测多个返回光信号对于LIDAR系统来说可能是极具挑战性的，尤其是当LIDAR系统的雪崩光电二极管（APD）变得饱和产生盲点并且无法检测多返回信号中的峰值时。如本文中所使用的，“峰值”相当于多返回信号的“脉冲”。
光电二极管是将光转换为电流的半导体设备。当光子在光电二极管中被吸收时，产生电流。当不存在光时，也可能产生少量的电流。图4A图形地图示了根据本文档的实施例的光电二极管的电流-电压（IV）400特性。当在零偏置或光伏模式下使用时，从设备中流出的光电流受到限制，并且电压升高（build up）。该模式利用了光伏效应，这是太阳能电池的基础。电压Vd表示通常被认为是二极管的“导通”状态的电压。
对于本文档的实施例，感兴趣的是在光电二极管模式下的操作，其中光电二极管以反向偏置操作。根据图4A，随着反向偏置电压增加，负电流i以近似线性的方式增加，直到击穿电压（breakdown voltage）Vbr出现为止。击穿后，负电流i可能随着光电二极管饱和而显著增加。光电二极管然后可以进入反向偏置恢复模式。在反向偏置恢复模式期间，光电二极管可能对光不敏感；因此，在检测过程中可能存在盲点。
通常，LIDAR传感器的光电二极管是APD。雪崩光电二极管是具有优化用于以接近反向击穿电压的高反向偏置操作的结构的光电二极管。该结构允许每个光生载流子（photo-generated carrier）被雪崩击穿倍增，从而在光电二极管内产生内部增益，这增加了设备的有效响应度。
如先前所指出的那样，当APD处于反向偏置恢复模式中时，光电二极管可能对光不敏感。在这种情况下，可以防止LIDAR系统光检测，直到光电二极管恢复到反向偏置操作的模式。例如，基于激光的夜视系统可能无法克服与高反射性物体相关联的致盲效应。许多标志具有高反射性表面，用于反射白炽光，诸如从车辆前照灯发出的光，以便容易地由车辆操作者直接观察。标志通常覆盖有反光涂料（retro-reflective paint），其可以反射大量的光并导致图像饱和。饱和图像通常可能不清楚并且不可读取。诸如卡车、公共汽车和货车上的大的平坦表面也可能导致图像饱和。当强光靠近反射器时，到光检测器的返回信号可能使APD饱和，从而导致盲点。当检测半透明物体（例如街道拐角处的玻璃亭）时，检测盲点可能是尤其重要的。
在一些实施例中（但不限制），恢复时间可以是若干纳秒，例如（但不限制）2-6纳秒，这可能导致几米的盲点。图4B图形地图示了根据本文档的实施例的关于盲点450的大小。具体地，图4B指示相对于以秒为单位的反向恢复时间的以米为单位的盲点大小。
C.减轻APD中的盲点
图5图形地图示了根据本文档的实施例的包括盲点的检测到的多返回光信号500。在检测过程中利用的光检测系统可以是LIDAR系统，并且光检测系统可以用单个APD执行检测。多返回光信号500包括脉冲的序列和盲点。如所讨论的，当强光靠近反射器时，到光检测器的返回信号可能使APD饱和，从而导致盲点。该情况可能损害LIDAR系统的准确度，这可能无法经由校准来解决。例如，可以发射激光束并使其反射离开若干个反射器。如图5中所图示的那样，多返回光信号500包括三个峰值信号的序列，如由反射器A、反射器B和反射器C所指示。峰值信号的幅度可以指示距离和反射器信息。图5还包括盲点，这可能已经因为强光可能已经非常接近于反射器导致APD的饱和而导致。第四峰值可能已经被定位在紧接在反射器C之后，但是由于盲点而未被LIDAR系统检测到。实际上，第四峰值是“隐藏峰值”。在一些实施例中，反射器C的峰值可以与第四峰值重叠。图5图示了当光检测器利用单个APD用于解码时，对多返回光信号500中的后续光脉冲进行解码时的性能挑战。
本文档的实施例提出在光检测系统中使用冗余APD以提高检测的准确性。例如，可能存在一个冗余APD以支持每个同时激光发射组。当前的LIDAR系统可能包括具有发射控制功能的多个APD，其一次使能一个APD以执行检测。本文档的一个实施例将配置一个冗余APD以支持多个APD。
在实现冗余APD时，可以利用空间分集来最小化致盲的可能性。可以通过将冗余APD定位在主光学平面之外来实现空间复用，使得冗余APD可以接收比被定位在主光学平面上的主APD更少的功率。由于主APD可能被定位在主焦平面上，所以它们是“敏感”的APD，因此它们不会衰减并且它们的操作不受限制。因此，敏感APD与冗余APD之间的光学分离可以允许衰减冗余APD中的接收光功率；因此，术语“衰减的冗余APD”。衰减的输入可以确保当敏感APD变得饱和时，衰减的冗余APD可能不饱和。“衰减的冗余APD”可以被称为辅助APD，而“敏感APD”可以被称为主APD。
另外，本文档的实施例可以借助包括时间分集来提高检测性能。时间分集可以通过相对于敏感APD的偏置信号延迟到冗余APD的偏置信号来实现。
1.具有冗余APD的光检测器
图6描绘了根据本文档的实施例的具有冗余APD的光检测器600。可以在LIDAR系统中利用光检测器600。光检测器600结合了空间分集和时间分集功能，并且包括四个主（敏感）APD和一个辅助（冗余）APD。辅助APD可以与主APD中的任何一个一起操作。如本文中所描述的，光检测器600可以在静态或动态的基础上操作。静态操作的一个实施例，辅助APD和主APD的操作可以是预定义的，并且可以独立于多返回光信号的特性。
多返回光信号可以被包括敏感APD 604a、604b、604c和604d的一组主APD或敏感APD组604接收。敏感APD 604a、604b、604c和604d可以由控制器基于激光发射顺序来激活。控制器可以是APD测距门控制器610，其分别经由信号603a、603b、603c和603d被耦合到敏感APD 604a、604b、604c和604d。APD测距门控制器610也可以被耦合到延迟器608。本领域技术人员将认识到，在其他实施例中，一组敏感APD可以包括n数量个APD，并且可以不限于四个APD。在一些实施例中，主APD的数量n可以在16与128之间变化。
在一个实施例中，衰减的冗余APD 606可以作为敏感APD 604a的冗余APD操作。APD测距门控制器610激活敏感APD 604a，使敏感604a接收多返回光信号602。多返回光信号602的特性可能在检测过程中导致敏感APD 604a的盲点。同时，APD测距门控制器610激活延迟器608，使衰减的冗余APD 606以相对于敏感APD 604a的激活的时间延迟来激活。用于衰减的冗余APD 606的该延迟偏置门经由延迟器608提供相对于敏感APD 604a的时间分集。当光检测器600通过激光发射控制排序时，选择敏感APD组604中的其他APD，例如敏感APD 604b、604c和604d。当这些其他敏感APD中的每个被激活时，衰减的冗余APD 606以冗余方式操作以支持所选择的敏感APD。
衰减的冗余APD 606可以由APD测距门控制器610以相对于敏感APD组604中的APD中的任何APD的时间分集来激活。延迟器608可以被打开以允许敏感APD组604和衰减的冗余APD 606之间的时间分集因子。延迟步长大小可以是激光宽度脉冲的一部分。如将相对于图7A、7B、7C所讨论的，时间分集可以提高多返回光信号的检测的准确度。
空间分集可以如下实现。首先，敏感APD组604中的APD中的每个可以位于与彼此不同的光学平面处。衰减的冗余APD 606可以位于与敏感APD组604中的APD不同的光学平面处。敏感APD组604中的APD与冗余APD之间的光学分离可以允许衰减冗余APD中的接收光功率；因此术语“衰减的冗余APD 606”。可以经由使用半透明反射镜来实现空间分集。例如（但不限制），电流反射镜可以具有2％透射，因此可以将冗余APD置于电流反射镜后面，该电流反射镜可以是不同的光学平面。
敏感APD组604可以与衰减的冗余APD 606一起操作以减轻APD致盲的可能性。敏感APD 604a可以被激活并且可以检测返回信号的序列。利用时间分集（延迟）和空间分集，可以激活衰减的冗余APD 606以支持在光检测器600中检测返回信号的序列。当敏感APD 604a是饱和的并且具有盲点时，衰减的冗余APD 606可以检测到隐藏脉冲，这可能对敏感APD604a的检测能力产生负面影响。
衰减的冗余APD 606的输出可以被耦合到低噪声电流放大器612以放大其电流。控制器利用反相增益比控制（inverting gain ratio control）来激活增益控制器614，以管理来自衰减的冗余APD 606和敏感APD 604a的得到的输出。基于反相增益比控制，每个得到的输出可以具有不同的增益。所得到的输出被耦合到组合器616，该组合器616用最大增益比组合最大增益比组合来实现MIMO处理。组合器616的输出被耦合到跨阻抗放大器（trans-impedance amplifier）（TIA）618。跨阻抗放大器618的输出被耦合到分集增强光学检测器620，该分集增强光学检测器620输出检测到的多返回信号622。
由于两条并行路径，组合器616可能具有不期望的噪声：一条来自低噪声电流放大器612（基于衰减的冗余APD 606），并且一条来自敏感APD 604a。并行路径的动态加权可以减轻噪声的影响。例如，如果敏感APD 604a电流低于阈值，则可以对基于衰减的冗余APD606的电流进行去加权（de-weighted）。如果敏感APD 604a电流低于本底噪声（noisefloor），则可以对敏感APD 604a电流进行去加权。在高噪声环境中，组合器616停止组合，并且仅监视其输入。
图7A、7B和7C图形地图示了根据本文档的实施例的针对具有冗余APD的图6的光检测器600的操作的波形700、720和740。具体地，图7A、7B和7C图形地图示了由敏感APD 604a和衰减的冗余APD 606产生的波形。图7A图示了多返回光信号602的两个脉冲，其中第一脉冲非常接近于第二脉冲。脉冲被表示为理想的矩形脉冲。
图7B图示了敏感APD 604a或来自衰减的冗余APD 606的响应或输出。在产生该输出期间，敏感APD 604a可能变得饱和，从而产生盲点（参见盲区）。换言之，图7B图示了使敏感APD 604a（即，主APD）饱和的近光反射器（close in bright reflector）。在从饱和恢复期间，敏感APD 604a可能无法检测到第二脉冲。典型的饱和恢复可能持续达若干纳秒（ns）。因此，在〜30 cm/ns时，6 ns可能产生2米的盲点。
图7B还图示了衰减的冗余APD 606（即，响应冗余APD）的响应或输出，所述衰减的冗余APD 606位于敏感APD 604a的主光轴之外。因此，“冗余APD”被衰减。根据图7B，“敏感检测器的响应的幅度”大于“响应冗余APD”的幅度。
衰减的冗余APD 606的输出可以由低噪声电流放大器612电放大，从而产生图7C的波形740。波形740示出了用最大增益比组合以捕获非常接近的两个事件的MIMO处理的结果。
波形740包括敏感APD 604a的响应（第一脉冲）和衰减的冗余APD 606的放大输出（第二脉冲）。由于低噪声电流放大器612的放大，因此由衰减的冗余APD 606检测到的脉冲（第二脉冲）现在大于由敏感APD 604a检测到的该脉冲（第一脉冲）。波形740可以由分集接收器解码，因为波形740包括靠近的上升沿。
2.用冗余APD进行光检测的方法
描述了一种通过光检测和测距系统（例如，LIDAR系统）检测多返回光信号的方法。图8描绘了根据本文档的实施例的用于利用具有冗余APD的光检测器来检测多返回光信号的流程图800。更具体地，图8描述了一种检测多返回光信号中的隐藏脉冲的方法，其中第一脉冲导致主APD中的饱和，从而产生盲点。（参见图7B。）
在以下步骤中，参考光检测器600的一些元件。此外，在以下步骤中，主APD可以是敏感APD 604abcd之一，并且辅助APD可以是衰减的冗余APD 606。该方法的步骤包括：
接收包括可能已经非常接近于彼此的脉冲的多返回光（MRL）信号。MRL信号可能包括由近光反射器产生的隐藏脉冲，这可能导致光检测器600中的主APD（高增益检测器）的饱和。（步骤802）
激活APD测距门控制器610以产生偏置信号。该动作确定主APD和辅助APD的激活顺序。增益控制器610被激活。（步骤804）
在选择的主APD（高增益检测器）处接收偏置信号和MRL信号。可以基于发射控制从敏感APD组604中选择主APD。此外，敏感APD组604中的每个APD可以被定位在不同的光学平面处。主APD针对辅助APD产生触发。（步骤806）
在辅助APD处接收MRL信号和延迟的偏置信号，其中该偏置信号被延迟器608延迟。延迟的偏置信号可以使辅助APD在相对于主APD的延迟时间窗口中检测。辅助（冗余）APD可以在与主APD不同的光学平面中，从而导致从辅助（冗余）APD发出的信号相对于从主（敏感）APD发出的信号被“衰减”。（步骤808）
利用反相增益比控制来激活增益控制器614以管理来自辅助APD和主APD的得到的输出。（步骤812）
基于步骤812的增益控制器614，用低噪声电流放大器612放大辅助APD的输出。（步骤810）
利用具有最大增益比组合的MIMO处理来组合来自主APD和辅助APD的得到的信号，以捕获非常接近的两个脉冲（事件）。（步骤814）
用跨阻抗放大器放大步骤814的结果。（步骤816）
用分集增强光学检测器620检测并输出包括一个或多个隐藏脉冲的多返回信号。（步骤818）
D.针对冗余的实施例
如先前所讨论的那样，可以借助包括相对于主APD冗余地操作的辅助APD来提高多返回光信号的光检测的性能。可以借助包括时间分集来进一步提高性能，例如，其中到辅助APD的偏置信号相对于主APD被延迟。可以借助包括主APD和辅助APD的光学平面的空间分集来进一步提高性能。利用空间分集，辅助APD的输出可以被衰减，这可以使辅助APD饱和并进入反向偏置恢复时段的可能性最小化。这可以允许辅助APD检测隐藏脉冲。
针对辅助APD和主APD的各种配置可能具有进一步的性能提高。示例实施例包括（但不限制）1个辅助APD用于1个主APD，1个辅助APD用于n个主APD以及m个辅助APD用于n个主APD。换言之，多个冗余APD可以与主APD的不同组合一起被利用。辅助APD和主APD可以在静态环境中或动态环境中操作。如本文中描述的那样，光检测器600可以在静态的基础上操作。对于静态环境，冗余APD和主APD的操作可以被预定义，并且可以独立于多返回光信号的特性。
动态解决方案可以基于多返回光信号的信号处理信息。可能的动态实施例可以包括（但不限制）：1）改变主APD的发射控制次序。该实施例可以包括在某个时间点处激活两个或更多个主APD；2）基于所选择的APD在光学焦平面上的定位，动态地调整多个辅助APD和多个主APD的冗余对准；以及3）动态地调整耦合到辅助APD的延迟偏置信号。
E.总结
本文档的实施例公开了用于减轻APD致盲的系统和方法。系统可以包括：主雪崩光电二极管（APD），其可操作以在被第一偏置信号激活时接收和检测多返回光信号，其中，多返回光信号包括两个或更多个光脉冲；辅助APD，其可操作以在被第二偏置信号激活时接收和检测多返回光信号；延迟功能元件（function），其通过向第一偏置信号添加延迟来产生第二偏置信号；以及组合器，其可操作以将由主APD检测到的多返回光信号和由辅助APD检测到的多返回光信号进行组合，其中，如果主APD在检测到多返回光信号时饱和并且无法检测后续脉冲，则辅助APD解码后续脉冲。一种方法，包括：在主APD处接收多返回光信号，其中，该多返回光信号包括导致主APD饱和并产生检测盲点的脉冲的序列；在辅助APD处接收多返回光信号，其中，辅助APD相对于主APD冗余地操作；以及通过辅助APD检测被隐藏在主APD的检测盲点中并且未被主APD检测到的多返回光信号中的脉冲。一种系统，包括：两个或更多个主雪崩光电二极管（APD），每个主雪崩光电二极管（APD）可操作以在被第一偏置信号激活时检测多返回光信号，其中，多返回光信号包括两个或更多个脉冲；两个或更多个辅助APD，每个辅助APD可操作以在被第二偏置信号激活时检测多返回光信号，其中，两个或更多个辅助APD中的每个可操作以与两个或更多个主APDS中的每个冗余地操作，以执行多返回光信号的检测；以及控制器，其可操作以选择两个或更多个辅助APD之一和两个或更多个主APD之一以用于检测多返回光信号。
F.系统实施例
在实施例中，本专利文档的各方面可以涉及信息处置系统/计算系统或在信息处置系统/计算系统上实现。出于本公开的目的，计算系统可以包括出于商业、科学、控制或其他目的可操作以计算、核算、确定、分类、处理、发射、接收、收回、发起、路由、切换、存储、显示、通信、表现（manifest）、检测、记录、再现（reproduce）、处置或利用任何形式的信息、情报或数据的任何工具（instrumentality）或工具的集合。例如，计算系统可以是光学测量系统，诸如LIDAR系统，其使用飞行时间来为其环境内的物体制图。计算系统可以包括随机存取存储器（RAM）、一个或多个处理资源（诸如中央处理单元（CPU）或硬件或软件控制逻辑）、ROM和/或其他类型的存储器。计算系统的附加组件可以包括用于与外部设备以及各种输入和输出（I/O）设备（诸如键盘、鼠标、触摸屏和/或视频显示器）进行通信的一个或多个网络或无线端口。计算系统还可以包括一条或多条总线，其可操作以在各种硬件组件之间发射通信。
图9描绘了根据本文档的实施例的计算设备/信息处置系统（或计算系统）的简化框图。将理解的是，针对系统900示出的功能可以操作以支持信息处置系统的各种实施例——尽管应当理解，信息处置系统可以被不同地配置并且包括不同的组件。
如图9中图示的那样，系统900包括提供计算资源并控制计算机的一个或多个中央处理单元（CPU）901。CPU 901可以用微处理器或者诸如此类来实现，并且还可以包括一个或多个图形处理单元（GPU）917和/或用于数学计算的浮点协处理器。系统900还可以包括系统存储器902，其可以是以随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）或两者的形式的。
还可以提供多个控制器和外围设备，如图9中所示。输入控制器903表示到诸如键盘、鼠标或触控笔（stylus）的（一个或多个）各种输入设备904的接口。还可以存在无线控制器905，其与无线设备906通信。系统900还可以包括用于与一个或多个存储设备908对接的存储控制器907，存储设备908中的每个包括存储介质，诸如闪存，或者可以被用于记录用于操作系统、实用程序（utilities）和应用的指令的程序的光学介质，其可以包括实现本发明的各种方面的程序的实施例。（一个或多个）存储设备908也可以被用于存储根据本发明的处理的数据或要被处理的数据。系统900还可以包括用于向显示设备911提供接口的显示控制器909。计算系统900还可以包括用于与汽车系统913通信的汽车信号控制器912。通信控制器914可以与一个或多个通信设备915对接，这使得系统900能够通过包括汽车网络、因特网、云资源（例如，以太网云、以太网上的光纤通道（FCoE）/数据中心桥接（DCB）云等）、局域网（LAN）、广域网（WAN）、存储区域网（SAN）的多种网络中的任何网络或通过任何合适的电磁载波信号（包括红外信号）连接到远程设备。
在图示的系统中，所有主要系统组件可以连接到总线916，该总线916可以表示多于一个物理总线。然而，各种系统组件可能在物理上彼此接近，或者可能不在物理上彼此接近。例如，输入数据和/或输出数据可以从一个物理位置远程发射到另一物理位置。另外，可以通过网络从远程位置（例如，服务器）访问实现本发明的各种方面的程序。这样的数据和/或程序可以通过多种机器可读介质中的任何介质来传送，所述机器可读介质包括但不限于：磁介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学介质，诸如CD-ROM和全息设备；磁光介质；以及专门配置用于存储或用于存储和执行程序代码的硬件设备，诸如专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑设备（PLD）、闪存设备以及ROM和RAM设备。
本发明的实施例可以以用于一个或多个处理器或处理单元以使得步骤被执行的指令被编码在一个或多个非暂时性计算机可读介质上。应当注意，一个或多个非暂时性计算机可读介质应当包括易失性和非易失性存储器。应当注意，替代实现是可能的，包括硬件实现或软件/硬件实现。可以使用（一个或多个）ASIC、可编程阵列、数字信号处理电路或者诸如此类来实现硬件实现的功能。因此，任何权利要求中的“装置”术语旨在涵盖软件和硬件实现两者。类似地，如本文中所使用的术语“一种或多种计算机可读介质”包括其上实现有指令的程序的软件和/或硬件，或其组合。考虑到这些实现替代方案，要理解，附图和随附的描述提供了本领域技术人员写程序代码（即软件）和/或制造电路（即硬件）以执行所需的处理将需要的功能信息。
应当注意，本发明的实施例可以进一步涉及具有非暂时性有形计算机可读介质的计算机产品，该计算机可读介质上具有用于执行各种计算机实现的操作的计算机代码。介质和计算机代码可以是出于本发明的目的而专门设计和构造的那些，或者它们可以是对相关领域中的技术人员而言已知或可获得的种类的。有形的计算机可读介质的示例包括但不限于：磁介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学介质，诸如CD-ROM和全息设备；磁光介质；以及专门配置用于存储或用于存储和执行程序代码的硬件设备，诸如专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑设备（PLD）、闪存设备以及ROM和RAM设备。计算机代码的示例包括机器代码，诸如由编译器产生的机器代码，以及包含由计算机使用解释器执行的更高级别代码的文件。本发明的实施例可以全部或部分地被实现为机器可执行指令，该机器可执行指令可以在由处理设备执行的程序模块中。程序模块的示例包括库、程序、例程、对象、组件和数据结构。在分布式计算环境中，程序模块可以物理地位于本地、远程或两者的装置（setting）中。
本领域技术人员将认识到，没有计算系统或编程语言对本发明的实施是关键的。本领域技术人员还将认识到，上面描述的多个元件可以在物理上和/或功能上分离为子模块或组合在一起。
对于本领域技术人员而言将理解的是，前述示例和实施例是示例性的并且不限于本公开的范围。旨在在阅读说明书和研究附图时对本领域技术人员是显而易见的对其的所有置换、增强、等同、组合和改进都被包括在本公开的真实精神和范围内。还应当注意，任何权利要求的元素可以被不同地布置，包括具有多个依赖性、配置和组合。

Claims (23)

1.一种系统，包括：
主雪崩光电二极管（APD），其可操作以在被第一偏置信号激活时接收和检测多返回光信号，多返回光信号包括两个或更多个光脉冲；
辅助APD，其可操作以在被第二偏置信号激活时接收和检测多返回光信号；
延迟功能元件，其通过向第一偏置信号添加延迟来产生第二偏置信号；以及
组合器，其可操作以将由主APD检测到的多返回光信号和由辅助APD检测到的多返回光信号进行组合，
其中，如果主APD在检测到多返回光信号时饱和，则辅助APD解码后续脉冲。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括：测距门控制器，其可操作以控制延迟功能元件。
3.如权利要求1所述的系统，其中，相对于主APD衰减辅助APD，以便在主APD饱和时的条件下防止辅助APD的饱和。
4.如权利要求3所述的系统，其中，通过将辅助APD定位在与主APD不同的光学平面上，使得辅助APD接收比主APD更小的功率，来相对于主APD衰减辅助APD。
5.如权利要求1所述的系统，进一步包括：电流放大器，其可操作以放大辅助APD的输出电流。
6.如权利要求5所述的系统，进一步包括：增益控制器，其可操作以基于辅助APD的输出电流和主APD的输出电流经由反相增益比控制来控制电流放大器。
7.如权利要求1所述的系统，进一步包括：分集增强光学检测器，其耦合到组合器的输出并且可操作以产生检测的多返回信号。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括两个或更多个主APD，其中，辅助APD基于用于所述两个或更多个主APD的发射控制顺序为所述两个或更多个主APD提供冗余支持。
9.如权利要求1所述的系统，进一步包括两个或更多个主APD和两个或更多个辅助APD。
10.如权利要求9所述的系统，其中，选择两个或更多个主APD之一，以及选择两个或更多个辅助APD之一，以便检测多返回光信号。
11.如权利要求1所述的系统，其中，组合器用最大增益比组合来实现MIMO处理。
12.一种方法，包括：
在主APD处接收多返回光信号，其中，多返回光信号包括导致主APD饱和并产生检测盲点的脉冲的序列；
在辅助APD处接收多返回光信号，其中，辅助APD相对于主APD冗余地操作；以及
通过辅助APD检测被隐藏在主APD的检测盲点中并且未被主APD检测到的多返回光信号中的脉冲。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
通过获得辅助APD和主APD之间的光学分离来衰减辅助APD中的接收光功率。
14.如权利要求13所述的方法，其中，如果主APD被多返回光信号饱和，则辅助APD由于其衰减的功率电平而避免饱和。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
15.如权利要求12所述的方法，其中，通过第一偏置信号激活在主APD处的多返回光信号的检测，并且通过第二偏置信号激活在辅助APD处的多返回光信号的检测，其中第二偏置信号等于第一偏置信号加延迟步长。
16.如权利要求15所述的方法，其中，延迟步长是多返回光信号的激光宽度脉冲的一部分。
17.一种系统，包括：
两个或更多个主雪崩光电二极管（APD），每个主雪崩光电二极管（APD）可操作以在被第一偏置信号激活时检测多返回光信号，其中，多返回光信号包括两个或更多个脉冲；
两个或更多个辅助APD，每个辅助APD可操作以在被第二偏置信号激活时检测多返回光信号，其中，两个或更多个辅助APD中的每个可操作以与两个或更多个主APDS中的每个冗余地操作，以执行多返回光信号的检测；以及
控制器，其可操作以选择两个或更多个辅助APD之一和两个或更多个主APD之一以用于检测多返回光信号。
18.如权利要求17中所述的系统，其中，用于选择主APD和辅助APD的基础是预定义的。
19.如权利要求17中所述的系统，其中，基于多返回光信号的信号处理信息来动态选择主APD和辅助APD。
20.如权利要求19中所述的系统，其中，所述动态选择改变主APD的发射次序。
21.如权利要求19所述的系统，其中，所述动态选择相对于第一偏置信号调整第二偏置信号。
22.如权利要求19所述的系统，其中，所述动态选择基于主APD和辅助APD的焦平面上的相应位置。
23.如权利要求17所述的系统，其中，选择的辅助APD被定位在选择的主APD的主光学焦平面之外，以便相对于选择的主APD衰减选择的辅助APD。
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