CN113196105A - 数字像素 - Google Patents

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Abstract

光探测与测距(LIDAR)测量电路包括处理器电路，该处理器电路配置为接收在探测窗口期间响应于入射到多个探测器元件上的多个光子而从多个探测器元件输出的探测信号，并基于该探测信号来识别探测事件，并且基于在探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和，来计算多个光子的估计到达时间。该处理器电路可以包括至少一个累加器电路，该累加器电路配置为基于响应于探测事件的每一个而增加的计数器信号以及对应于各个时间间隔的时钟信号，来输出在各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和。

Description

数字像素
优先权要求
本申请要求于2018年11月19日在美国专利商标局提交的标题为“Digital Pixel(数字像素)”的第62/769,287号美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用合并于本文。
技术领域
本文的主题通常涉及图像传感器，并且更具体地涉及用于在光探测和测距(LIDAR)系统中成像的图像传感器。
背景技术
基于飞行时间(ToF)的成像用于许多应用，包括测距，深度剖析，以及3D成像(例如，LIDAR，在本文中也称为激光雷达)。直接飞行时间测量包括直接地测量发射辐射与从物体或其他目标反射之后感测辐射之间的时间的长度。由此，可以确定到目标的距离。
在一些应用中，可以使用包括单光子探测器的光电探测器阵列来执行反射辐射的感测，诸如使用单光子雪崩二极管(SPAD)阵列。一个或更多个光电探测器可以限定阵列的探测器像素。SPAD阵列可以在可能需要高灵敏度与定时分辨率的成像应用中用作固态光电探测器。SPAD基于半导体结(例如，p-n结)，当偏置超过半导体结的击穿范围时，例如，通过具有期望的脉冲宽度的选通信号或响应于具有期望的脉冲宽度的选通信号，半导体结可以探测到入射光子。高的反向偏置电压产生足够大的电场，以使引入器件的耗尽层的单个电荷载子能够通过碰撞电离引起自持的雪崩。可以通过猝灭电路主动地(例如，通过降低偏置电压)或被动地(例如，通过使用串联电阻器两端的压降)对雪崩进行猝灭，以使设备“复位”以探测另外的光子。初始电荷载子可以通过单个入射光子撞击高电场区域以光电方式产生。正是这一特征使“单光子雪崩二极管”的名称得到了体现。此操作的单光子探测模式常被称为“盖革模式”。
为了计数入射在SPAD阵列上的光子，某些ToF像素方法可能使用数字计数器或模拟计数器来指示光子的探测时间和到达时间，也称为是时间戳。数字计数器可能更易于实现和扩展，但是就面积而言(例如，相对于阵列的物理尺寸)可能更昂贵。模拟计数器可能更紧凑，但是可能会遭受有限的光子计数深度(位深度)、噪声和/或均匀性问题的困扰。
为了给入射光子加上时间戳，某些基于SPAD阵列的ToF像素方法已经使用了时间数字转换器(TDC)。TDC可以用于飞行时间成像应用中，以在单个时钟周期上提高定时分辨率。这种数字方法的一些优势可能包括TDC的尺寸倾向于随着技术节点而扩展，并且存储的值可以更稳健以防泄漏。
然而，TDC电路可能仅能够在单个测量周期中处理一个事件，这样SPAD阵列可能需要多个TDC。TDC可能也相对地耗电，这使得更大的阵列更难以实现。TDC还可能产生相对大量的数据，例如，每个光子一个16位时间戳。连接到TDC的单个SPAD可能每秒产生数百万个这样的时间戳。大于100,000像素的成像阵列因此可能相对于可用的输入/输出带宽或性能产生不可行的大的数据速率。
数据速率可以通过直方图时间戳压缩；但是，这可能涉及大量的内存资源，而这些内存资源在典型的ToF LIDAR系统中可能使用效率不高。例如，直方图块的存储深度(可能指示光子到达时间的各个子范围)通常地由峰值中的最大激光返回量设置，然而，实际上，许多或大多数直方图块将被稀疏地占用(例如，仅通过背景噪声)。此外，数千个时间块通常可以用来形成直方图，该直方图足以覆盖具有典型的TDC分辨率(例如，50-100ps)的LIDAR系统的典型的时间范围(例如微秒)。
发明内容
根据本发明的一些实施例，光探测与测距(LIDAR)测量电路包括至少一个处理器电路。至少一个处理器电路配置为执行操作，操作包括：接收在探测窗口期间响应于入射到多个探测器元件上的多个光子而从多个探测器元件输出的探测信号，基于探测信号识别探测事件，以及计算多个光子的估计到达时间的操作。基于在探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和或聚合来计算多个光子的估计到达时间。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以包括累加器电路。累加器电路可以配置为基于响应于每个探测事件而增加的计数器信号，以及基于与各个时间间隔相对应的时钟信号，来输出在各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和。例如，累加器电路可以定义时间积分电路，时间积分电路配置为响应于在各个时间间隔处的时钟信号的各个脉冲，对探测窗口上的每个时间间隔的探测事件的各个数目积分。
在一些实施例中，累加器电路可以是第一累加器电路，并且至少一个处理器电路可以包括第二累加器电路。第二累加器电路可以配置为基于计数器信号，来输出指示在探测窗口期间已经识别出的探测事件的总数目的计数值。例如，第二累加器电路可以定义配置为基于探测信号对识别出的探测信号的总数目求和的光子计数器电路。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以包括相关电路。相关电路可以配置为基于在相对于彼此的各个相关时间之内输出的探测信号的各个子集，来识别每个探测事件，探测事件可以被称为相关探测信号。相关电路可以配置为响应于每个探测事件的识别而增加计数器信号。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以包括并行计数器电路。并行计数器电路可以配置为输出指示各个子集中的每一个的探测信号的数目的信号。相关电路可以配置为基于相对于阈值数目的各个子集中的每一个的探测信号的数目来执行探测事件的识别。
在一些实施例中，累加器电路可以配置为响应于时钟信号的各个脉冲对计数器信号的各个值进行积分。时钟信号的各个脉冲的周期可以与各个时间间隔相对应。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以包括时钟电路。时钟电路可以配置为响应于与探测窗口相对应的选通信号以及由识别指示的探测事件中的一个并且独立于探测窗口的开始来输出时钟信号至累加器电路。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以配置为基于在探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和与指示在探测窗口期间已经识别出的探测事件的总数目的计数值的比值，来计算多个光子的估计到达时间。
在一些实施例中，探测窗口可以是第一探测窗口，并且操作可以进一步包括接收在第二探测窗口期间响应于入射在多个探测器元件上的第二光子而从多个探测器元件的一个或更多个输出的第二探测信号。至少一个处理器电路可以配置为基于第二探测信号对估计到达时间执行背景校正。
在一些实施例中，探测信号可以指示在探测窗口期间光子的各个到达时间，并且至少一个处理器电路可以配置为独立于各个到达时间的时间到数字转换来计算多个光子的估计到达时间。
根据本发明的一些实施例，光探测和测距(LIDAR)系统包括探测器阵列和至少一个处理器电路。探测器阵列包括单光子探测器元件，单光子探测器元件配置为在探测窗口期间响应于入射在单光子探测器元件上的多个光子而输出探测信号。至少一个处理器电路配置为接收从探测器阵列输出的探测信号，基于探测信号识别探测事件，以及基于在探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和，来计算多个光子的估计到达时间。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以包括第一累加器电路和第二累加器电路。响应于与各个时间间隔相对应的时钟信号的各个脉冲，第一累加器电路可以配置为通过对响应于探测事件的每一个而增加的计数器信号的各个值进行积分，来输出在各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和。第二累加器电路可以配置为基于计数器信号的各个值的一个，来输出指示在探测窗口期间已经识别出的探测事件的总数目的计数值。至少一个处理器电路可以配置为基于总和与计数值的比值计算多个光子的估计到达时间。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以进一步包括相关电路和时钟电路。相关电路可以配置为基于在相对于彼此的各个相关时间内输出的探测信号的各个子集来识别探测事件，并且可以配置为响应于探测事件的每一个而增加计数器信号。时钟电路可以配置为响应于通过相关电路识别的探测事件中的一个以及与探测窗口相对应的选通信号来输出时钟信号。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以进一步包括并行计数器电路。并行计数器电路可以配置为输出指示各个子集中的每一个的探测信号的数目的信号。相关电路可以配置为基于相对于阈值数目的各个子集中的每一个的探测信号的数目来识别探测事件。
在一些实施例中，探测信号可以指示在探测窗口期间光子的各个到达时间。至少一个处理器电路可以配置为独立于各个到达时间的时间到数字转换来计算多个光子的估计到达时间。
根据本发明的一些实施例，光探测和测距(LIDAR)测量电路包括至少一个处理器电路，至少一个处理器电路配置为接收从单光子探测器元件输出的探测信号，探测信号指示在探测窗口期间入射在单光子探测器元件上的光子的各个到达时间。至少一个处理器电路包括一个或更多个累加器电路，累加器电路配置为基于探测信号来对在探测窗口期间的各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目求和，以独立于各个到达时间的时间到数字转换来计算的光子的估计到达时间。
在一些实施例中，一个或更多个累加器电路可以包括第一累加器电路和第二累加器电路。第一累加器电路可以配置为响应于与各个时间间隔相对应的时钟信号的各个脉冲，对响应于探测事件中的每一个而增加的计数器信号的各个值进行积分来输出总和。
在一些实施例中，一个或更多个累加器电路可以进一步包括第二累加器电路。第二累加器电路可以配置为基于计数器信号的各个值的一个，输出指示在探测窗口期间已经识别出的探测事件的总数目的计数值。至少一个处理器电路可以配置为基于总和与计数值的比值来计算多个光子的估计到达时间。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以进一步包括相关电路和时钟电路。相关电路可以配置为基于在相对于彼此的各个相关时间内输出的探测信号的各个子集来识别探测事件，并且可以配置为响应于探测事件的每一个而增加计数器信号。时钟电路可以配置为响应于由相关电路识别出的探测事件的一个以及与探测窗口相对应的选通信号来输出时钟信号。
在一些实施例中，至少一个处理器电路可以进一步包括并行计数器电路。并行计数器电路可以配置为输出指示各个子集的每一个的探测信号的数目的信号。相关电路可以配置为基于相对于阈值数目的各个子集中的每一个的探测信号的数目来识别探测事件。
通过阅读以下附图和详细说明，根据一些实施例的其他设备和/或方法对于本领域技术人员将变得显而易见。除了上述实施例的任何和所有组合之外，所有这些另外的实施例都旨在包括在本说明中，在本发明的范围内，并由所附权利要求书保护。
附图说明
图1A和图1B示出了根据本发明的一些实施例的激光雷达应用中的示例性ToF测量系统和相关组件。
图2示出了根据本发明一些实施例的示例性CMM像素处理器。
图3是说明图2的CMM像素处理器的组件的操作的时序图。
图4A和图4B是说明根据本发明的一些实施例的可以在激光雷达系统中使用的图像帧、子帧、激光周期和时间门之间的关系的图。
图5示出了根据本发明一些实施例的示例性累加器/积分器电路。
图6示出了根据本发明一些实施例的示例性并行计数器/求和器电路。
图7示出了根据本发明一些实施例的示例性门控环形振荡器(GRO)。
图8示出了根据本发明一些实施例的由CMM像素处理器执行的操作的示例。
具体实施方式
本发明的一些实施例针对光学探测器元件(例如，单光子探测器，诸如SPAD)的阵列，光学探测器元件将数字信号处理用于基于质心法(CMM)的直接ToF计算，在本文中也称为“数字像素”或“CMM像素”。在一些实施例中，如在本文描述的CMM像素可以配置为计算表示信号光子的到达时间(TOA)在相对于彼此的相关时间或窗口上(在一些实施例中)的分布的质心，可以用于估计到目标的飞行时间(从而估计到目标的距离)。本文描述的CMM像素可以配置为在不使用TDC的情况下(即，不执行对各个TOA的时间到数字转换)对入射光子计数，并且可以以某种方式在像素级别或“像素内”集成许多时间戳(例如，每个像素提供输出至专用电路，例如相关器、计数器和/或时间积分器逻辑，该专用电路不与其他的像素共用)，该方式与一些常规的方法相比，可能会减少计算强度和/或耗电。
图1A和图1B示出了根据本发明的一些实施例的LIDAR应用中的示例性ToF测量系统100a和示例性ToF测量系统100b以及相关的组件。如图1A所示，系统100a包括控制电路105，定时电路106，照明源(示出为包括多个发射器元件或发射器115e的发射器阵列115)，以及包括多个探测器元件或探测器110d的探测器阵列110。每个探测器110d可以表示光电探测器(例如，光电二极管)，并且一个或更多个探测器110d可以限定探测器阵列110的各个探测器像素。发射器阵列115的一个或更多个发射器115e可以限定在由定时发生器或驱动器电路116控制的时间以及重复率下分别发出辐射脉冲或连续波信号的发射器单元(例如，通过扩散器或滤光器114)。在特定的实施例中，发射器115e可以是脉冲光源，例如LED或激光器(例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和/或边缘发射激光器)。
在一些实施例中，发射器模块或电路可以包括发射器元件115e的阵列115，耦合到发射器元件(例如，透镜113(例如微透镜)和/或扩散器114)中的一个或更多个的相对应的光学元件113、114的阵列以及驱动器电路116。在一些实施例中，发射器阵列115中的发射器元件115e的每一个连接到相应的驱动器电路116并由相应的驱动器电路116控制。在其他的实施例中，发射器阵列115中的发射器元件115e的各个组(例如，在空间上彼此接近的发射器元件115e)，可以连接到同一驱动器电路116。驱动器电路116可以包括一个或更多个驱动器晶体管，驱动器晶体管配置为控制从发射器115e输出的光发射信号的脉冲重复率、定时和振幅。
在一些实施例中，探测器模块或电路包括探测器110d的阵列110，接收器光学器件112(例如，一个或更多个以在阵列110的FoV 190上收集光的透镜)，以及接收器电子器件(包括定时电路106)，接收器电子器件配置为对探测器阵列110的全部或部分进行供电，启用和禁用，并且向探测器阵列110提供定时信号。接收器光学器件112可以包括：微距透镜，微距透镜配置为收集来自由激光雷达系统成像的最大FoV的光；光谱滤光器111，通过或允许“信号”光的足够高的部分通过(即，波长与从发射器输出的光信号的波长相对应的光)，但基本上拒绝或阻止非信号或“背景”光(即，波长与从发射器输出的光信号不同的光)通过；微透镜，改进探测器像素的收集效率，和/或防反射涂层，用于减少或防止杂散光的探测。探测器阵列110包括飞行时间传感器(例如，单光子探测器的阵列，诸如盖革模式雪崩二极管(例如SPAD))。
定时电路106可以控制探测器阵列110的定时和增益/灵敏度。在一些实施例中，用于探测器阵列110的定时电路106可以被锁相到发射器阵列115的驱动器电路116。定时电路106还可以控制探测器110d的每一个的灵敏度，或者定义探测器像素的探测器110d的组的灵敏度。例如，当探测器像素包括一个或更多个反向偏置的盖革模式光电二极管(例如，SPAD)110d时，可以调整施加于探测器像素的每个光电二极管110d的反向偏置(例如，本文描述的基于电极107的电压差)，由此，过偏压越高，灵敏度越高。探测器110d可以以至少纳秒的精度被激活或去激活，并且可以是单独地可寻址的，按组可寻址的，和/或全局可寻址的。
如图1A所示，从发射器阵列115的发射器115e中的一个或更多个输出的光发射到一个或更多个目标150上并被一个或多个目标150反射，并且通过探测器阵列110的探测器110d中的一个或更多个将反射光探测为回波信号，被转换为电信号表示(在本文中称为探测信号)，并且被处理(例如，基于飞行时间)以限定视场190内的场景的3D点云表示170。如本文所述的根据本发明的实施例的LIDAR系统的操作可以由一个或更多个处理器或控制器执行，诸如由图1A的控制电路105或图1B的数字信号处理器(DSP)105’来执行。
图1B进一步示出了根据本文描述的一些实施例的LIDAR应用中的ToF测量系统或电路100b的组件。电路100b可以包括处理器电路(显示为DSP 105’)，控制照明源的定时的定时发生器116’(以参考激光发射器阵列115的示例性方式示出)，以及单光子探测器的阵列(以参考单光子探测器阵列110的示例性方式示出)。DSP 105’和定时发生器116’可以实现图1A的控制电路105和驱动器电路116的一些操作。激光发射器阵列115在由定时发生器116’控制的时间发射激光脉冲130。来自激光脉冲130的光135从目标反射回来(以示例性方式示出为目标150)，并且由单光子探测器阵列110感测。DSP 105’实现了CMM像素处理器，CMM像素处理器可以测量在从发射器阵列115至目标150再返回单光子探测器阵列110的过程中的激光脉冲130及其反射信号135的ToF。
DSP 105’可以包括逻辑电路，逻辑电路提供必要的定时信号(例如猝灭与门控或选通信号)以控制阵列110的单光子探测器的操作并且处理从单光子探测器输出的探测信号。例如，阵列110的单光子探测器可以仅在由选通信号定义的短选通间隔或选通窗口期间响应于入射光子而产生探测信号。入射到选通窗口外的光子对单光子探测器的输出没有影响。
由DSP 105’实现的CMM像素处理器配置为计算在数千个激光脉冲130及在反射光135中的光子返回上聚合的平均ToF的估计。DSP 105’可以配置为根据本文描述的实施例的一个或更多个累加器电路实现对反射光135中的入射光子计数，累加器电路在本文中也称为累加器。累加器可以配置为响应于单光子探测器阵列110上的入射光子而对接收自单光子探测器阵列110的输入求和。例如，累加器可以配置为基于在激光周期上(或其一部分，本文中称为探测窗口)已经识别出的探测事件的数量/数目(例如，已经触发的SPAD 110的数目)，而不是基于激光周期或探测窗口上(可能需要时间到数字转换)的探测事件的时候/时间(例如，SPAD 110d被触发的时间)，计算激光脉冲130的激光周期上的已经探测到的入射光子的“滚动”质心(CM)。如本文所述，探测窗口的定时和持续时间可以由选通信号(Strobe<i>)控制，因此，也可以称为选通窗口。本发明的实施例可以因此在不执行时间到数字转换操作的情况下，例如在不使用TDC的情况下，估计ToF。
DSP 105’可以提供本文描述的逻辑电路的数字实现，这可以提供优于模拟实现的优势。特别地，模拟实现可能受到物理组件(例如，电容器，电阻器)的特性的限制，物理组件可能对半导体工艺中的尺寸和/或温度相关性施加困难。例如，温度相关的组件，例如电阻器，可能会在校准和补偿过程电压和温度(PVT)的相关性方面施加限制。模拟实现也可能面临诸如电容器中存储的电荷泄漏和/或电串扰的问题。诸如DSP 105’的数字实现可以独立于模拟实现可能面临的这些限制和/或其他限制来操作。DSP 105’(或其他的数字实现)也可以足够小以允许三维堆叠的实现，其中阵列110“堆叠”在DSP 105’(和其他的相关的电路)之上，其尺寸适合于容纳在阵列110的面积或覆盖区中。
图2示出了根据本发明的一些实施例的示例性CMM像素处理器电路(可以由DSP105’实现)。CMM像素处理器示出为SPAD像素处理器205，SPAD像素处理器205接收来自以4×4SPAD阵列110实现的16个SPAD的输入，但是可以使用更小的或更大的或其他的探测器阵列(例如，其他的单光子探测器的阵列)。图3是示出图2的CMM像素处理器205的组件的操作的时序图。图4是可以在某些激光雷达系统中使用的图像帧、子帧、激光周期和时间门(在本文中也称为选通窗口或探测窗口)之间的关系的图。时间门/选通窗口定义了阵列110的一个或更多个SPAD被激活或被启用以探测入射光子的持续时间(对应于激光周期中激光脉冲之间的时间的各个部分)。选通窗口或探测窗口可以因此定义各个测量间隔，如本文描述的，可以将其进一步划分为各个时间间隔或时间步长k。以示例性而不是限制的方式描述数值。
如图2所示，本文描述的一些实施例可以包括利用对应于持续时间的“时间切片”(例如，对应于激光周期或激光脉冲之间的时间段的各个部分)的探测窗口或选通窗口(由选通信号Strobe<i>定义)进行的基于累加器的质心计算，而不执行时间到数字转换操作(以及相关的计算开销和功耗)，其中i指的是选通窗口排序的激光周期中的第i个选通窗口。例如，在一些实施例中，选通窗口可以随着时间增加而顺序地排序(例如，每个顺序的选通窗口表示激光脉冲之间的时间的后续持续时间)。然而，可以理解的是，选通窗口不需要按照时间顺序排序；也就是说，与激光脉冲之间的初始的部分相对应的选通窗口不需要是选通窗口的序列中的第一个选通窗口。
聚合许多重复的Strobe<i>(例如，在像素中)，以定义Strobe<i>的子帧，其中子帧1至i定义图像帧。用于Strobe<i>的每一个子帧可以与整个成像距离范围的各个距离子范围相对应，成像距离范围由激光周期的频率定义。选通窗口可以参考下面的时间步长k，其中k表示选通/探测窗口中的第k个时间间隔，该第k个时间间隔由时钟采样(参考本文一些示例中的参考时钟信号FastClk)。时钟可以具有比选通窗口持续时间短一定因子的周期(例如，比本文描述的一些示例中的短10倍或20倍)。
参考图2，累加器电路201、202(在本文中也称为累加器)可以是处理器或控制电路205的寄存器，可操作以累加探测事件以及对探测事件(例如，在时间窗口内相关的一些实施例中的单光子探测事件)积分，探测事件由响应于探测窗口期间或探测窗口上的入射光子的探测而从单光子探测器阵列110(参考SPAD阵列描述)输出的探测信号来指示。图2的示例包括第一累加器201和第二累加器202，其中第一累加器201用作时刻或时间累加器或时间积分器，其配置为跟踪在选通窗口上的各个时间对入射到探测器阵列110上的光子的探测，并且第二累加器202用作光子计数器以收集与在选通窗口期间探测到的光子的总数目相对应的光子计数。更具体地，第一累加器201配置为将已经被识别为探测窗口的各个时间间隔或时间仓(即，时间步长k)的探测事件的数目积分为探测到的光子的各个到达时间的表示，并且第二累加器202用作光子计数器，光子计数器配置为对在探测窗口上识别出的探测事件的总数目进行计数。
第一累加器电路201和第二累加器202提供各个存储器阵列(例如，每个探测器像素的各个存储器阵列)，其中第一存储器阵列有效地存储各个时间段或时间步长k和探测事件的数量(例如，响应于入射光子而输出信号(或被“击发”)的SPAD的数量
Figure BDA0003111733240000111
)的累加积的直方图，并且第二存储器阵列存储探测事件的计数的累加数目。每个时间间隔的探测事件的积分数值与每个探测窗口的计数的数目(例如，每个时间间隔的探测事件的平均数目)的比值用于计算质心。在如本文描述的选通配置中，仅可以从选通窗口的开始到结束收集直方图(例如，子帧可变选通)，与某些常规的配置相比，数据收集可能会始终在激光器击发之后的预设时间开始，并且可能会始终在此后的预设时间结束。尽管本文主要参考选通配置描述，但是在某些实施例中，本文描述的实施例同样可以在每个激光周期(即，其中激光脉冲之间的时间定义单选通窗口)配置的单选通中应用，在某些实施例中，通过初始探测事件初始化数据收集(并且因此相对于选通窗口的开始被延迟)。
可以基于从探测器阵列110输出的一个或更多个探测信号由处理器电路205来识别探测事件。在一些实施例中，累加器201、202可以响应于相关器203的输出而操作。相关器203提供响应于在相对于彼此的预定时间窗口内从两个或更多个探测器输出的探测信号来识别探测事件的输出信号，预定时间窗口在本文中称为相关窗口或相关时间，其中探测信号表示在相关窗口内的入射光子的到达时间。由于与从发射器阵列115输出的光信号相对应的光子(也称为信号光子)相比于与环境光相对应的光子(也称为背景光子)可能在到达时间上相对接近，因此相关器203配置为基于在相对于彼此的相关时间内的各个到达时间来区分信号光子。例如在题为“Methods and Systems for High-Resolution Long RangeFlash Lidar(用于高分辨率远程闪光激光雷达的方法和系统)”的美国专利申请公开第2019/0250257号中描述了此相关器，该专利申请公开通过引用并入本文。即，在一些实施例中，如本文中描述的像素内相关可以涉及使用如下面更详细地描述的滚动CMM估计方法，来计算满足由相关器定义的相关窗口的探测事件的分布的质心。
另外，处理器电路205可以配置为执行背景校正操作，例如背景减法计算。这样的背景校正计算可以通过考虑背景光子，例如来自太阳光或其他的环境光条件的背景光子，来校正由探测事件指示的光的强度，否则背景光子可能将质心推向选通窗口的中心。在一些实施例中，背景校正的TOA(TOAbg_corrected)可以使用如本文描述的滚动CMM估计方法来计算：
Figure BDA0003111733240000121
其中TOAmeas是基于探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目的总和与指示在探测窗口期间已经识别出的探测事件的总数目的计数值的比值的、多个光子的估计到达时间；nbg+sig是每一个探测窗口结束时的计数值；twin，mid是当前的探测窗口的时间区带的中间的已知时间；nbg是无源探测窗口期间的背景光子计数值，或者是基于另外的无源探测窗口的外推计数数目；并且nsig＝Nnbg+sig-nbg是每一个探测窗口期间的计数值与同一像素的最后一个无源探测窗口计数器的计数值之间的计算差值，该计算差值可以存储在存储器或存储器阵列中(对于多个子帧)，并且在每次获取同一探测窗口的无源输出时被替换。可以估计背景光子计数nbg或强度等级，例如，通过探测没有激光照射的帧，或者可替代地，探测不存在返回或回波信号的子帧来估计，这两种方式中的任何一个都可以提供上面讨论的无源探测窗口。背景校正可以利用背景信息来将校正应用于计算质心，并且可以在芯片上执行，在外部FPGA或ASIC中执行，和/或在由此执行的软件中执行。例如在美国专利申请公开第2019/0250257号中更详细地描述了这种用于背景减除操作。
处理器电路205还包括电路206，电路206配置为执行猝灭和充电操作。如果多个光子的猝发串基本上同时到达SPAD，其效果与单个光子相同，即，使SPAD放电。一旦SPAD已经通过前导光子放电，它对猝发串中的所有其他的光子是不可见的(在图4A中显示为“死区时间”)直到通过猝灭和充电电路206猝灭并充电。在一些实施例中，猝灭和充电电路206配置为在选通窗口的开始之前对SPAD 110充电，因为，除了在第一选通窗口中之外，激光器已经被击发。在探测窗口(以及光子的收集)之前充电可以确保SPAD在整个选通窗口中充满电并且探测概率相对地恒定。例如，在美国专利申请公开第2019/0250257号中还描述了用于每一个单光子探测器的有源电路和/或无源猝灭电路和/或充电电路。
在一些实施例中，累加器201、202可以响应于来自并行计数器204、相关器203与相关计数器203c，和/或门控时钟207的输出而操作。并行计数器204配置为提供输出信号C<4：0>，即使在同时探测条件下，该信号也表示在阵列的多个SPAD处的光子的探测。相关器203配置为仅响应于在预定的或可调整的相关窗口内到达的两个或更多个“相关”光子的探测而产生识别探测事件的输出信号Corr。相关计数器203c配置为响应于每一个探测事件而增加并输出计数器信号CC<3：0>。选通时钟207配置为基于信号StrobeB<i>而被控制，以提供时钟源信号FastClk至时间累加器202。时钟源信号FastClk以与时间步长k的数目相对应的频率提供计数器信号CC<3：0>的采样。
现在可以参考图3的时序图300描述图2的SPAD像素处理器205的一些组件的操作。如本文描述的表示到达时间的时间测量可以通过发射照明脉冲(参考激光激光器的脉冲示出)开始，并且通过响应于探测入射光子而从SPAD输出的探测信号结束(探测入射光子中的一个或更多个在本文中可以被称为探测事件)，以使测得的时间是照明脉冲的飞行时间。
在图3的示例中，通过在激光周期开始时的选通窗口期间(即，紧接在图3所示的第一激光脉冲之后的信号Strobe<i>的第一选通窗口中)由定时或选通电路来启用SPAD；然而，可以理解的是，可以对与激光周期的不同部分相对应的其他的选通窗口执行类似的操作。在移动到下一个选通窗口(例如，Strobe<i+1>)之前，可以重复图示的信号Strobe<i>的选通窗口(例如，对于信号Laser的数千个周期)。也就是说，由Strobe<i>表示的每个选通窗口表示激光脉冲或信号Laser之间的时间的一部分，并且信号Laser的数千个周期可以分配给信号Strobe<i>的每个选通窗口(其中激光周期可以划分为n个部分，并且i＝1至n)。图2中的电路206示出为实现定时或选通电路、有源猝灭电路以及有源充电电路。
参考图3，时序图300示出了示例性探测信号SPAD<3：0>，其响应于由(图2的阵列110中的16个SPAD中的)四个SPAD对各个光子的探测而输出。SPAD有源猝灭，有源充电电路206的四个输出信号AQ<3：0>包括基于相关时间或窗口的受控持续时间的脉冲(例如，由相关器203确定的，其中持续时间可由外部电压控制调整)。并行计数器204将AQ<3：0>信号异步地求和作为输出信号C<2：0>，当几个SPAD 110基本上同时或在相关窗口内以其他方式输出探测信号脉冲时，达到最大值(该示例中的2或4)。
当并行计数器204的输出C<2：0>等于或超过阈值2时，也就是说，当多个SPAD在相关窗口内探测光子时，相关器203输出相关信号Corr，以指示探测事件。相关信号Corr的每个脉冲因此表示各个探测事件的识别。脉冲信号Corr的初始脉冲使门控时钟207能够输出时钟源信号FastClk(例如，相对于选通窗口的开始有延迟)。输出时钟信号FastClk直到选通窗口结束(例如，响应于信号StrobeB<i>而停止，示出为选通信号Strobe<i>的反相)，并且为时间累加器201提供时钟信号。时钟信号FastClk的脉冲的频率或周期可以与各个选通或探测窗口中的时间间隔k的数目相对应(例如，FastClk的周期可以等于选通窗口的持续时间除以时间间隔k的数目，FastClk的频率为周期的倒数)，但是独立于选通或探测窗口的开始时间而启用时钟信号FastClk。
相关计数器203c(以示例的方式示出为4位计数器)也响应于脉冲信号Corr的脉冲而操作，并且输出计数器信号CC<3：0>至累加器201、202。计数器信号CC<3：0>提供在选通窗口期间在时间上相关的探测信号(本文也称为相关探测事件)的运行总数目。特别地，相关计数器203c配置为响应于由相关器203的输出Corr指示的每个探测事件而增加并输出的计数器信号CC<3：0>，以表示在信号Strobe<i>的选通窗口期间已经识别出的相关的探测事件的数目。相关计数器203c与相关器203在本文中可以被统称为相关电路。
时间累加器201(以示例的方式示出为27位累加器)通过对响应于时钟信号FastClk的各个脉冲而从相关计数器203c输出的计数器信号CC<3：0>的各个数值积分来执行如本文描述的滚动CMM估计，以产生输出信号ST<26：0>至读出电路209。由于时钟信号FastClk的每个时钟脉冲与探测窗口的各个时间间隔相对应，来自时间累加器201的输出信号ST<26：0>因此表示在探测窗口的各个时间间隔识别出的相关的探测事件的各个数目的总和。
在选通窗口结束时，相关的探测事件CC<3：0>的总数目也由光子计数器202(以示例的方式示出为18位累加器)求和，该光子计数器202输出信号S<17：0>至读出电路209。信号S<17：0>提供计数值，该计数值指示在探测窗口结束时识别出的相关的探测事件的总数目。读出电路209输出数据信号Data<44：0>(例如，在每个子帧结束时)。如以下参考图4A和图4B所讨论的，子帧可以包括针对各个选通窗口Strobe<i>收集的数据，该选通窗口在多个(例如数千个)激光周期中被重复。可以在子帧结束时通过信号FrameRst来复位累加器201和/或累加器202。处理器电路205配置为基于从读出电路输出的数据信号Data<44：0>来计算质心，特别是基于从时间累加器201输出的总和与从光子计数器202输出的计数值的比值来计算质心，质心通过探测窗口中的时间间隔的总数目偏移。本文所讨论的数值(例如，比特值，信号输出的数目等)仅以示例的方式提供并且绝不限于本文所描述的实施例。
图4A是示出在一些激光雷达系统中利用的图像帧、子帧、激光周期和时间门(在本文中也称为选通窗口)之间的关系的图。图4B是示出将激光脉冲之间的时间段划分为响应于各个选通信号Strobe#1至Strobe<i>的i个选通窗口的图，其中每个选通窗口1至i定义了在相对于激光脉冲不同的各个延迟下针对探测器(例如，SPAD)的激活的持续时间。在一些实施例中，每个选通窗口1至i的持续时间可以相同。如上所述，可以为图像帧的每个子帧捕获每一个选通窗口的许多重复(例如，每一个选通窗口针对数百个或数千个激光脉冲重复)。
如图4A和图4B所示，具有特定的持续时间的选通窗口可以在示例性激光周期期间被激活，该示例性激光周期在发射的激光脉冲之间具有特定的持续时间。例如，在750kHz的操作频率下，激光周期可以是大约1.3μs。各个激光周期内的不同的持续时间(例如，激光脉冲之间的各个时隙或时间切片)可以与各个选通窗口相关联。例如，激光周期的持续时间可以被划分为多个潜在的选通窗口持续时间，例如，每个130ns的10个选通窗口。各个选通信号(例如，从处理器105、105’、205输出的或在处理器105、105’、205的控制下输出的)可以定义各个选通窗口的探测器110d定时和激活。
在激光周期的第一集合(例如1000个激光周期)期间，这些选通窗口中的第一个可以是活动的(响应于第一选通信号)，而在激光周期的第二集合期间选通窗口中的第二个可以是活动的(响应于第二选通信号)。选通窗口可以在各个激光周期上在时间上相互地排斥或重叠，并且可以单调地或非单调地排序。图像子帧可以包括具有相关联的激光周期的多个激光脉冲，在激光周期的每一个中选通窗口是活动的。例如，每个子帧中可能有大约1000个激光周期。每个子帧也可以表示为各个选通窗口收集的数据。可以在每一个子帧结束时执行选通窗口读出操作(例如，通过读出电路209)，其中多个子帧(每个与相应的选通窗口相对应)构成每个图像帧(例如，每帧中的20个子帧)。图4A和图4B中仅以示例的方式示出定时，并且根据本文描述的实施例，其他的定时是可能的。
图5示出了根据本发明一些实施例的示例性累加器/积分器电路500。例如，累加器/积分器电路500可以用于实现如本文描述的累加器201和/或累加器201。如图5所示，电路500可以实现为增量/减量累加器，包括多个全加法器FA 501、D触发器502、多路复用器504以及加减计数器503。D触发器502响应于全加法器FA 501的输入(示例性地示出为A<0：4>)的各个总和S和时钟信号Clk，以提供输出(示例性地示出为D<31：0>)。全加法器FA 501在进位链中实现，其中一个全加法器FA 501的进位输出(Co)连接到下一个全加法器FA 501的进位输入(Ci)。进位链中最后一个全加法器FA 501的进位输出连接到加减计数器503。本领域技术人员将理解图5所示的实现并且仅以示例的方式提供图5，因此省略了进一步的描述。
图6示出了可以在本发明的一些实施例中使用的示例性并行计数器/求和器电路600。例如，并行计数器/求和器电路600可以用于实现如本文描述的并行计数器204。如图6所示，可以使用多个全加法器FA 601来实现电路600，多个全加法器FA 601被连接以响应于输入b<14：0>而提供输出d<3：0>。本领域技术人员将理解图6所示的实现并且仅以示例的方式提供图6，因此省略了进一步的描述。
图7示出了根据本发明的一些实施例的门控环形振荡器(GRO)电路700的示例。在一些实施例中，GRO电路700可以用于实现图2的门控时钟207。如图7所示，可以使用D触发器702和逻辑元件704的组合来实现GRO 700，以产生时钟信号FastClk，并将时钟信号FastClk输入到相关器203的输出Corr，并产生信号StrobeB<i>，信号StrobeB<i>(如图3所示)是选通信号Strobe<i>的反相。时钟信号FastClk的频率可能相对地较低(例如，CMOS节点为1-5GHz)。此较低的频率可以允许通过使用长晶体管来减慢振荡器的固有的频率，来降低功耗或将功耗降至最低。GRO 700通常地可能具有很强的PVT灵敏度，随着时间与失配而累积抖动(例如，大约1-2％)。
在一些实施例中，可以通过使能(Enable)信号将全局自由运行的时钟源(例如，具有几百MHz的时钟频率)选通到像素累加器中。一些电路可能会在阵列上耦合振荡器，以产生这样的全局自由运行的时钟源，与某些基于GRO的方法相比，这样的全局自由运行的时钟源可以降低灵敏度、抖动和失配。这样的电路的缺点可能包括独立于信号等级而消耗功率，因为振荡器可能会连续地运行而不是依赖于SPAD活动。
尽管图5至图7示出了可以用于实现本文描述的CMM像素处理器的组件的示例性电路，可以理解的是，本文所描述和示出的电路仅以示例的方式提供，并且累加器、并行计数器和/或本文描述的其他的电路的实施例绝不限于这些示例性实现方式。
本发明的实施例包括用于如本文描述的基于CMM的直接ToF计算的信号处理操作的电路，可能会显著和/或大幅度地降低计数和/或存储要求，例如就可使用的累加器的位深度(光子计数深度)而言。
本文描述的一些示例参考80ns的选通窗口(16个选通)示出了累加器的位深度或位数，每个选通窗口具有多达16个相关的事件(相当于200MHz的光子到达探测器或微单元)，以及相当于15384个激光脉冲的20ms的最长子帧。对于200ps时钟(选通中为400个时钟；在此示例中舍入为512)，相关的光子的最大数目可能为246,000。因此，时间累加器可能需要1.26亿个计数。在本文描述的一些实施例中，可以使用18位的光子计数器202和27位的时间累加器201，其中最大总输出为45位(或最小总输出为37位)。在此示例中，实现可能包括累加器中总共有45个DFF(D触发器)，4个DFF计数器，并行计数器/累加器中的19个FA(全加法器)，16个有源猝灭，1个3级GRO，以及入射锁定。与某些常规的4x4 SPAD像素相比(例如，如Henderson等人在美国旧金山举行的2019International Solid-State CircuitsConference(2019年国际固态电路会议)中描述的“A 256×256 40nm/90nm CMOS 3D-Stacked 120dB-Dynamic-Range Reconfigurable Time-Resolved SPAD Imager(256×25640nm/90nm CMOS 3D堆叠的120dB动态范围可重配置时间分辨的SPAD成像仪)”)，本文描述的像素可以减小到大约20-24μm的间距并且使用大约5-6μm的间距的SPAD，从而以降低的Fastclk频率实现较少的比特数以及较低的功率。
参考图8示出了根据本发明的实施例的质心计算技术所提供的优点的另外的示例(与需要时间到数字转换操作的一些常规的时间戳求和与平均技术相比)。图8示出了根据本发明的实施例的在探测窗口上的探测事件(由箭头↓所示)的直方图800。在一些实施例中，探测窗口(包括时间步长k)可以是LIDAR发射器的激光脉冲之间的多个选通窗口的一个，其中该选通窗口与由在发射器的激光脉冲之间的持续时间限定的成像距离范围的各个距离子范围相对应。在一些实施例中，探测窗口(包括时间步长k)可以表示发射器的脉冲之间的整个持续时间。在这些示例中，可以使用以下的等式计算质心CM，
Figure BDA0003111733240000191
其中NC指的是激光周期的数目(例如，分配给特定的选通窗口和相关的距离子范围的激光周期的总数目)，NS是SPAD的数目(例如，探测器阵列中的SPAD的总数目)，T(e,f)是SPAD探测事件或触发器e相对于(激光周期的数目NC中的)周期f中的激光脉冲的时间的时间偏移。如果SPAD没有触发，则T(e,f)＝0。
上面CM表达式的分子可以改写为(对于周期f)，
Figure BDA0003111733240000192
其中NS(k)是在激光周期或周期(或由特定的选通窗口表示的一部分)内的时间步长k已触发的SPAD的数目，并且NP是在激光周期或选通窗口中的时间步长的最大数目。该等式的左侧要求对多个单独的时间戳求和。相反，根据本文描述的实施例，以上等式的右侧可以被计算为触发的SPAD的数目的滚动总和NS(k)(例如，在每个连续的时间步长k)，可以是在不对于每一个SPAD使用相应的TDC操作的情况下确定触发的SPAD的数目NS(k)。
如在图8的示例中所示，在激光周期中的时间间隔k的总数目(即，在每个选通窗口中，或者如果每个激光周期只有一个选通窗口则为每个激光周期中)NP＝20，并且阵列中的SPAD的数目NS＝8，响应于入射光子触发(或“击发”)其中的7个SPAD。如上所示，在此示例中，SPAD 1以时间步长k＝4击发，SPAD 2以时间步长k＝10击发，SPAD 3和SPAD 4以时间步长k＝12击发，SPAD 5以时间步长k＝13击发，SPAD 6以时间步长k＝15击发，并且SPAD 7以时间步长k＝18击发。
使用一些需要时间到数字转换操作的时间戳平均技术，可以将质心计算为时间戳的平均总和(也就是说，通过对7个SPAD中的每一个的各个触发时间的总和求平均)为：
CM＝(4+10+12+12+13+15+18)/7＝12
但是，该示例性时间戳平均可能需要7个单独的时间到数字转换操作(例如，通过7个时分复用TDC或多事件TDC)。例如亨德森(Henderson)等人于2018年4月在《IEEE SensorsJ.(IEEE传感器杂志)》，第18卷，第8期，第3163-3173页的“A CMOS SPAD sensor with amultievent folded flash time-to-digital converter for ultra-fast opticaltransient capture(具有用于超快速光学瞬态捕获的多事件折叠式闪光时间数字转换器的CMOS SPAD传感器)”中对这样的操作进行了描述。此类时间到数字转换操作的每一个都可能消耗大量功率和/或设备面积，这可能会禁止在小像素中实现。此外，两个SPAD中两个光子的同时到达(例如上面的SPAD 3和SPAD 4在时间步长k＝12处所示)在许多方案中可能无法正确地转换，导致仅发出一个时间戳。这可能表示堆积失真以及可能(不准确地)将估计的平均到达时间加权为更早的时间。
相反地，根据本发明的实施例的质心的滚动计算可以基于在每一个时间步长k上击发的SPAD的数目的总和NS(k)(表示已经发生的探测事件的数目)，也就是说，通过对在每一个定时间隔k触发的或从每一个定时间隔k起触发的SPAD的数目的总和求平均进行质心的滚动计算。如下所示，质心的这种滚动计算提供了与常规的时间戳平均相同的结果，但没有附加的时间到数字转换操作的计算复杂性与功率要求：
CM＝20-(1+1+1+1+1+1+2+2+4+5+5+6+6+6+7+7)/7＝12
如图2的SPAD像素处理器205中的示例所示，滚动质心可以通过并行求和器或计数器与累加器的级联来计算。可以通过高速时钟207(例如，具有几个100ps的周期)，例如200-500ps或甚至高达1ns(取决于目标距离范围)，以滚动方式对相关的计数数目进行积分，并且可以在许多激光周期中重复。根据本发明的实施例的在滚动质心计算中的计数的相关可能因此比某些常规的TDC仓(例如20-100ps)要粗糙得多。
本文描述的一些实施例可能适用于相对较短的门控时间间隔，其中同一SPAD的多次击发的可能性相对较低。在其他的实施例中，并行计数器204可以处理多个SPAD的同时击发(即，两个或更多个SPAD基本同时被触发)，例如可以在强烈的激光返回的情况下发生(例如，对于短距离目标)，因此避免堆积引起的质心(CM)的偏斜。也就是说，可以在选通窗口中触发多个SPAD，并且可以在如图3的示例性时序图中所示的相同的选通窗口中多次击发SPAD(即，SPAD不限于每个窗口击发一次)。
这样，本发明的实施例可以在选通窗口中处理多个相关光子事件。在每个像素的光子通量足够高以至SPAD预期在每个选通窗口触发多次的实施例中，前端电路可以包括有源猝灭电路，有源充电电路(例如，图2中所示的电路206)，具有等于相关时间或窗口的释抑时间(或者可替代地，无源猝灭电路后接单稳态电路)。在光子通量足够低(或选通窗口足够短)以至每一个SPAD不太可能在每个选通窗口击发超过一次的实施例中，可以在激光周期开始时使用不太复杂的电路(例如，一次臂式MOS)将SPAD拉到击穿以上。
在一些实施例中，累加器(例如，图2的累加器电路201和202)可以响应于相关器电路的输出而操作(即，仅当探测到相关的光子时，例如响应于图2的相关器203的输出时)，使得仅将在预定的时间内到达的光子的组用于计算估计到达时间。相关器输出信号可以用作累加器的控制因素，允许响应于相关的光子探测而进行探测事件测量，并且以其他的方式防止这种探测事件测量的发生，这可以减少计数需求和功耗。
在一些实施例中，累加器(例如，图2的时间累加器201)可以响应于门控时钟信号而操作，例如，从图2的门控时钟207输出的门控时钟信号。例如，在一些实施例中，当NS(k)＞thresh(例如，thresh＝1，2，4，8)时，可以对时钟信号进行门控以控制累加器级(高速时钟上的主要负载)，其中NS(k)是在每一个时间步长k上已经触发的以避免多余功耗的SPAD的数目。阈值(thresh)可以是可变阈值，其可以根据距离范围偏置或与各个时间门周期和/或环境光等级的探测相对应而变化(例如，通过图1A的控制电路105)。为可变阈值选择thresh＝1时，由于暗计数或环境照明，会将不相关的单光子事件以不衰减的背景信号馈入质心电路。为可变阈值选择较高的值(例如，thresh-＝2，4，8)以增加必须到达相关窗口内以符合探测事件条件的光子的阈值数目，可以逐渐地抑制背景信号水平，同时如果峰值激光功率超过背景功率则有利于相关的激光脉冲返回。参考但不限于二进制数来描述这样的阈值，其可以提供不太复杂的相关器实现，例如，通过仅将C<4：0>信号或字的单个比特复用作为图2中的Corr信号。对于NS(k)>thresh的其他的更一般的情况，可以使用解码器或数字比较器(可能对硬件区域造成更大的影响)。
这里已经参考配置为减少测量到的和/或作为数据存储在存储器中的入射光子的数量的基于光的测距测量系统(例如激光雷达)与相关的操作方法描述了本公开的实施例。特别地，基于光子的各个到达时间之间的时间相关性来选择性地捕获或计数光子，这可以减少被测量的且被处理的入射光子的数量。例如，基于对来自脉冲激光并被目标反射的光子可能到达相对窄的时间窗口的认识，本文描述的实施例可以由此选择性地捕获或计数这些相关的光子，同时拒绝来自环境光源(例如，太阳)的不相关的光子，以通过实现本文描述的滚动质心计算技术，在不进行时间到数字转换的情况下提供像素内平均。也就是说，如本文描述的处理电路可以执行在由相关器电路定义的相同的相关窗口中接收的信号光子的到达时间(TOA)的计算。处理电路可以配置为基于探测事件的时间积分数目(例如，如本文中的时间累加器电路提供)与阵列中各个SPAD的光子的探测事件的计数(例如，由本文中的光子计数电路提供)的比值计算光子的猝发串的估计到达时间。
本文描述的激光雷达系统和阵列可以应用于ADAS(高级的驾驶员辅助系统)，自动驾驶车辆，UAV(无人机)、工业自动化、机器人、生物识别、建模、增强和虚拟现实、3D映射以及安全性。在一些实施例中，发射器阵列的发射器元件可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。在一些实施例中，发射器阵列可以包括具有在其上串联和/或并联电连接的数千个分立的发射器元件的非本征衬底，驱动器电路由与发射器阵列的各个行和/或列相邻的集成在非本征衬底上的驱动器晶体管实现，如Burroughs等人于2018年4月12日在美国专利和商标局提交的美国专利申请公开第2018/0301872号中的示例所描述的，其公开内容通过引用合并于本文。
本文已经参考示出了示例性实施例的附图已经描述的各种实施例。然而，这些实施例可以以不同的形式体现，并且不应被解释为限于文本阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明概念充分地传达给本领域技术人员。对本文描述的示例性实施例与通用原则以及特征的各种修改将是显而易见的。在附图中，层和区域的尺寸和相对尺寸未按比例显示，并且在某些情况下为了清楚起见可能被放大。
主要根据特定的实现中提供的特定的方法与设备来描述示例性实施例。然而，这些方法与设备可以在其他的实现中有效地操作。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一个实施例”的短语可以指相同的或不同的实施例以及多个实施例。将关于具有某些组件的系统和/或设备来描述实施例。然而，系统和/或设备可以包括比所示更少的或额外的组件，并且可以在不脱离本发明概念的范围的情况下对组件的布置与类型进行改变。还将在具有某些步骤或操作的特定的方法的上下文中描述示例性实施例。然而，这些方法与设备可以对于具有不同的和/或附加的步骤/操作以及以不同的顺序的步骤/操作的其他的方法有效地操作，这与示例性实施例不矛盾。因此，本发明概念不旨在限于所示出的实施例，而是应被赋予与本文描述的原则与特征一致的最宽的范围。
本文使用的术语仅是出于描述特定的实施例的目的，并且不旨在限制示例性实施例。如本文使用的，单数形式“一”、“一个”与“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确地表示。还应理解的是，如本文使用的，术语“包括”或“包含”是开放式的，并且包括一个或更多个陈述的元件、步骤和/或功能，而不排除一个或更多个未陈述的元件、步骤和/或功能。术语“和/或”包括一个或更多个相关的列出的项目的任何与所有组合。
将理解的是，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元素与另一个元素区分开。因此，在不脱离本发明概念的范围的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。
还应该理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另外的元件时，它可以直接地连接或耦合到其他的元件或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接地连接”或“直接地耦合”至另外的元件时，则不存在中间元件。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语与科学术语)具有与本发明概念所属领域的普通的技术人员通常所理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如在常用字典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确地定义，否则将不会以理想化或过于正式的意义进行解释。
结合以上描述与附图，本文已经公开了许多不同的实施例。将理解的是，逐字地描述与说明这些实施例的每个组合与子组合将是不适当的重复与混淆。因此，本说明书，包括附图，应被解释为构成本文描述的实施例的所有组合与子组合以及制造与使用它们的方式与过程的完整的书面描述，并且应支持对任何此类组合或子组合的权利要求。
在附图与说明书中，已经公开了本公开的实施例，并且尽管采用了特定的术语，但是它们仅在一般性与描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。

Claims (20)

1.一种光探测与测距(LIDAR)测量电路，包括：
至少一个处理器电路，所述处理器电路配置为执行操作，所述操作包括：
接收在探测窗口期间响应于入射到多个探测器元件上的多个光子而从所述多个探测器元件输出的探测信号；
基于所述探测信号识别探测事件；以及
基于在所述探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的所述探测事件的各个数目的总和，计算所述多个光子的估计到达时间。
2.根据权利要求2所述的LIDAR测量电路，其中，所述至少一个处理器电路包括：
累加器电路，所述累加器电路配置为基于响应于每个所述探测事件而增加的计数器信号以及与所述各个时间间隔相对应的时钟信号，输出在所述各个时间间隔处已经识别出的所述探测事件的各个数目的总和。
3.根据权利要求2所述的LIDAR测量电路，其中，所述累加器电路是第一累加器电路，并且其中所述至少一个处理器电路进一步包括：
第二累加器电路，所述第二累加器电路配置为基于所述计数器信号来输出指示在所述探测窗口期间已经识别出的所述探测事件的总数目的计数值。
4.根据权利要求2所述的LIDAR测量电路，其中，所述至少一个处理器电路进一步包括：
相关电路，所述相关电路配置为基于在相对于彼此的各个相关时间之内输出的所述探测信号的各个子集来执行对所述探测事件的识别，并且配置为响应于所述探测事件中的每一个的识别而增加所述计数器信号。
5.根据权利要求4所述的LIDAR测量电路，其中，所述至少一个处理器电路进一步包括：
并行计数器电路，所述并行计数器电路配置为输出指示所述各个子集中的每一个的所述探测信号的数目的信号，
其中，所述相关电路配置为基于相对于阈值数目的所述各个子集中的每一个的所述探测信号的数目来执行所述探测事件的识别。
6.根据权利要求2所述的LIDAR测量电路，其中，所述累加器电路配置为响应于所述时钟信号的各个脉冲对所述计数器信号的各个值进行积分，其中，所述时钟信号的各个脉冲的周期与所述各个时间间隔相对应。
7.根据权利要求2所述的LIDAR测量电路，其中，所述至少一个处理器电路进一步包括：
时钟电路，所述时钟电路配置为响应于与所述探测窗口相对应的选通信号以及由识别指示的所述探测事件中的一个并且独立于所述探测窗口的开始来输出所述时钟信号至所述累加器电路。
8.根据任何前述权利要求所述的LIDAR测量电路，其中，所述至少一个处理器电路配置为基于在所述探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的所述探测事件的各个数目的总和与指示在所述探测窗口期间已经识别出的所述探测事件的总数目的计数值的比值，来计算所述多个光子的所述估计到达时间。
9.根据任何前述权利要求所述的LIDAR测量电路，其中，所述探测窗口包括第一探测窗口，并且其中，所述操作进一步包括：
接收在第二探测窗口期间响应于入射在所述多个探测器元件上的第二光子而从所述多个探测器元件的一个或更多个输出的第二探测信号，
其中，所述至少一个处理器电路配置为基于所述第二探测信号对所述估计到达时间执行背景校正。
10.根据任何前述权利要求所述的LIDAR测量电路，其中，所述探测信号指示在所述探测窗口期间所述光子的各个到达时间，并且其中，所述至少一个处理器电路配置为独立于所述各个到达时间的时间到数字转换来计算所述多个光子的估计到达时间。
11.一种光探测与测距(LIDAR)系统，包括：
探测器阵列，所述探测器阵列包括单光子探测器元件，所述单光子探测器元件配置为在探测窗口期间响应于入射在所述单光子探测器元件上的多个光子而输出探测信号；以及
至少一个处理器电路，所述至少一个处理器电路配置为接收从所述探测器阵列输出的所述探测信号，基于所述探测信号识别探测事件，以及基于在所述探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的所述探测事件的各个数目的总和来计算所述多个光子的估计到达时间。
12.根据权利要求11所述的LIDAR系统，其中，所述至少一个处理器电路包括：
第一累加器电路，所述第一累加器电路配置为通过响应于与所述各个时间间隔相对应的时钟信号的各个脉冲对响应于所述探测事件的每一个而增加的计数器信号的各个数值进行积分，来输出所述在所述各个时间间隔处已经识别出的所述探测事件的所述各个数目的总和；以及
第二累加器电路，所述第二累加器电路配置为基于所述计数器信号的所述各个值的一个，输出指示在所述探测窗口期间已经识别出的所述探测事件的总数目的计数值，
其中，所述至少一个处理器电路配置为基于所述总和与所述计数值的比值计算所述多个光子的所述到达估计时间。
13.根据权利要求12所述的LIDAR系统，其中，所述至少一个处理器电路进一步包括：
相关电路，所述相关电路配置为基于在相对于彼此的各个相关时间内输出的所述探测信号的各个子集识别所述探测事件，并且配置为响应于所述探测事件的每一个而增加所述计数器信号；以及
时钟电路，所述时钟电路配置为响应于由所述相关电路识别的所述探测事件中的一个以及与所述探测窗口相对应的选通信号，来输出所述时钟信号。
14.根据权利要求13所述的LIDAR系统，其中，所述至少一个处理器电路进一步包括：
并行计数器电路，所述并行计数器电路配置为输出指示所述各个子集中的每一个的所述探测信号的数目的信号，
其中，所述相关电路配置为基于相对于阈值数目的所述各个子集中的每一个的所述探测信号的数目，来识别所述探测事件。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的LIDAR系统，其中，所述探测信号指示在所述探测窗口期间所述光子的各个到达时间，并且其中所述至少一个处理器电路配置为独立于各个到达时间的时间到数字转换，来计算所述多个光子的估计到达时间。
16.一种光探测与测距(LIDAR)测量电路，包括：
至少一个处理器电路，所述至少一个处理器电路配置为接收从单光子探测器元件输出的探测信号，所述探测信号指示在探测窗口期间入射在所述单光子探测器元件上的光子的各个到达时间，所述至少一个处理器电路包括：
一个或更多个累加器电路，所述累加器电路配置为基于所述探测信号，来对在所述探测窗口的各个时间间隔处已经识别出的探测事件的各个数目求和，以独立于所述各个到达时间的时间到数字转换来计算所述光子的估计到达时间。
17.根据权利要求16所述的LIDAR测量电路，其中，所述一个或更多个累加器电路包括：
第一累加器电路，所述第一累加器电路配置为通过响应于与所述各个时间间隔相对应的时钟信号的各个脉冲对响应于所述探测事件中的每一个而增加的计数器信号的各个值进行积分，来输出所述总和。
18.根据权利要求17所述的LIDAR测量电路，其中，所述一个或更多个累加器电路进一步包括：
第二累加器电路，所述第二累加器电路配置为基于所述计数器信号的所述各个值的一个，输出指示在所述探测窗口期间已经识别出的所述探测事件的总数目的计数值，
其中，所述至少一个处理器电路配置为基于所述总和与所述计数值的比值计算所述多个光子的所述估计到达时间。
19.根据权利要求17所述的LIDAR测量电路，其中，所述至少一个处理器电路进一步包括：
相关电路，所述相关电路配置为基于在相对于彼此的各个相关时间内输出的所述探测信号的各个子集来识别所述探测事件，并且配置为响应于所述探测事件而增加所述计数器信号；以及
时钟电路，所述时钟电路配置为响应于由所述相关电路识别的所述探测事件的一个以及与所述探测窗口相对应的选通信号，来输出所述时钟信号。
20.根据权利要求19所述的LIDAR测量电路，其中，所述至少一个处理器电路进一步包括：
并行计数器电路，所述并行计数器电路配置为输出指示所述各个子集中的每一个的所述探测信号的数目的信号，
其中，所述相关电路配置为基于相对于阈值数目的所述各个子集中的每一个的所述探测信号的数目来识别所述探测事件。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114114210A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 武汉市聚芯微电子有限责任公司 时间戳数据读写电路以及测距系统

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11978754B2 (en) 2018-02-13 2024-05-07 Sense Photonics, Inc. High quantum efficiency Geiger-mode avalanche diodes including high sensitivity photon mixing structures and arrays thereof
KR20200110451A (ko) * 2018-02-13 2020-09-23 센스 포토닉스, 인크. 고분해능 장거리 플래시 lidar를 위한 방법들 및 시스템들
WO2020150574A1 (en) 2019-01-18 2020-07-23 Sense Photonics, Inc. Digital pixels and operating methods thereof
US20210181547A1 (en) * 2019-02-12 2021-06-17 Sense Photonics, Inc. Methods and systems for thermal control of an optical source or optical filter in a light detection and ranging (lidar) apparatus
US10826514B1 (en) * 2019-10-15 2020-11-03 Ciena Corporation Noise-shaping enhanced gated ring oscillator based analog-to-digital converters
US11500092B2 (en) * 2019-12-20 2022-11-15 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Method for operating a ToF ranging array, corresponding circuit and device
FR3105444B1 (fr) * 2019-12-24 2022-01-07 Commissariat Energie Atomique Procédé de détermination d'un biais affectant des pixels d'un détecteur pixellisé de rayonnement ionisant
US11635498B2 (en) 2020-04-30 2023-04-25 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas SPAD based indirect time of flight sensing from solid state transmitter scanning
US11476372B1 (en) * 2020-05-13 2022-10-18 Apple Inc. SPAD-based photon detectors with multi-phase sampling TDCs
CN114089355A (zh) * 2020-07-31 2022-02-25 宁波飞芯电子科技有限公司 探测装置及方法
US20230075080A1 (en) * 2021-08-16 2023-03-09 Aeye, Inc. Systems and methods of calibration of low fill-factor sensor devices and object detection therewith
WO2023047928A1 (ja) * 2021-09-27 2023-03-30 株式会社デンソー 制御装置、制御方法、制御プログラム
US20240125940A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 Lg Innotek Co., Ltd. Systems and methods for variable-resolution refinement of geiger mode lidar
WO2024178501A1 (en) * 2023-02-27 2024-09-06 The Governing Council Of The University Of Toronto Method and system for single-photon imaging
CN116821658B (zh) * 2023-06-29 2024-04-12 中国船舶集团有限公司第七二三研究所 一种适应不同重复间隔类型的时钟周期指纹特征提取方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201819989U (zh) * 2010-05-07 2011-05-04 浙江大学 一种基于强关联量子成像原理的激光雷达
CN103616696A (zh) * 2013-11-27 2014-03-05 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种激光成像雷达装置及其测距的方法
US20150293021A1 (en) * 2012-08-20 2015-10-15 Illumina, Inc. Method and system for fluorescence lifetime based sequencing
CN107356855A (zh) * 2017-07-20 2017-11-17 中国科学技术大学 一种单光子光电器件的测试装置和方法
WO2018122560A1 (en) * 2016-12-30 2018-07-05 The University Court Of The University Of Edinburgh Photon sensor apparatus
CN108387886A (zh) * 2018-02-07 2018-08-10 苏州镭图光电科技有限公司 一种激光雷达背景暗噪声响应消除方法及装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100960715B1 (ko) * 2008-03-28 2010-05-31 한국전기연구원 씨모스 엑스레이 이미지 센서 모듈
GB2520232A (en) 2013-08-06 2015-05-20 Univ Edinburgh Multiple Event Time to Digital Converter
WO2015058702A1 (zh) 2013-10-23 2015-04-30 曹红光 基于光子计数的辐射成像系统、方法及其设备
US10620300B2 (en) * 2015-08-20 2020-04-14 Apple Inc. SPAD array with gated histogram construction
JP6852085B2 (ja) 2015-11-30 2021-03-31 ルミナー テクノロジーズ インコーポレイテッド 分布型レーザー及び複数のセンサー・ヘッドを備える光検出及び測距システム、並びに、光検出及び測距システムのパルス・レーザー
US11105925B2 (en) * 2017-03-01 2021-08-31 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for LIDAR
TWI765977B (zh) * 2017-03-01 2022-06-01 美商奧斯特公司 光學量測系統及其使用方法與光測距系統
US10483722B2 (en) 2017-04-12 2019-11-19 Sense Photonics, Inc. Devices with ultra-small vertical cavity surface emitting laser emitters incorporating beam steering
KR20200110451A (ko) 2018-02-13 2020-09-23 센스 포토닉스, 인크. 고분해능 장거리 플래시 lidar를 위한 방법들 및 시스템들

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201819989U (zh) * 2010-05-07 2011-05-04 浙江大学 一种基于强关联量子成像原理的激光雷达
US20150293021A1 (en) * 2012-08-20 2015-10-15 Illumina, Inc. Method and system for fluorescence lifetime based sequencing
CN103616696A (zh) * 2013-11-27 2014-03-05 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种激光成像雷达装置及其测距的方法
WO2018122560A1 (en) * 2016-12-30 2018-07-05 The University Court Of The University Of Edinburgh Photon sensor apparatus
CN107356855A (zh) * 2017-07-20 2017-11-17 中国科学技术大学 一种单光子光电器件的测试装置和方法
CN108387886A (zh) * 2018-02-07 2018-08-10 苏州镭图光电科技有限公司 一种激光雷达背景暗噪声响应消除方法及装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114114210A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 武汉市聚芯微电子有限责任公司 时间戳数据读写电路以及测距系统

Also Published As

Publication number Publication date
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US11754686B2 (en) 2023-09-12
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