CN113260874A - 用于空间分布式选通的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种光探测与测距(lidar)设备包括发射器阵列，其包括被配置为响应于相应的发射器控制信号而发射光信号的多个发射器单元；探测器阵列，其包括被配置为针对光信号的脉冲之间的相应选通窗口而被激活和去激活的多个探测器像素；以及控制电路，其被配置为提供选通信号以激活探测器像素的第一子集，而使探测器像素的第二子集保持不激活。

Description

用于空间分布式选通的方法和系统
优先权要求
本申请要求2018年11月20日提交的题为“Spatially Distributed Strobing(空间分布式选通)”的美国临时申请第62/769,736号的优先权，其全部内容和公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及光探测与测距(LIDAR或lidar)系统，更具体地，涉及降低飞行时间LIDAR系统中的功耗的方法和装置。
背景技术
基于飞行时间(ToF)的成像用于多种应用，包括测距、深度剖析和3D成像(例如，lidar)。直接飞行时间测量包括直接测量发射辐射和感测从物体或其他目标反射后的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lidar系统的发射器元件发射的信号幅度进行相位调制并测量lidar系统的探测器元件接收的回波信号的相位(例如，关于延迟或偏移)来确定到目标的距离。这些相位可以通过一系列单独的测量或样本进行测量。
可以控制发射器元件以在视场上发射辐射以供探测器元件探测。用于ToF测量的发射器元件可能包括脉冲光源，例如LED或激光器。可以使用的激光器的示例包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在授予Warren的题为“COMPACT MULTI-ZONE INFRARED LASERILLUMINATOR(紧凑型多区域红外激光照明器)”的美国专利第10,244,181号中讨论了配置用于光学系统的激光器的方法。
在特定应用中，可以使用单光子探测器阵列(例如单光子雪崩二极管(SPAD)阵列)来感测直接或间接飞行时间系统中发射器元件的反射辐射。SPAD阵列可在高灵敏度和时间分辨率有用的成像应用中用作固态探测器。
SPAD基于p-n结器件，p-n结器件偏置超出其击穿区域，例如，通过具有所需脉冲宽度的选通信号或响应于具有所需脉冲宽度的选通信号。高反向偏压产生足够大小的电场，使得引入器件的耗尽层的单个电荷载流子可以通过碰撞电离引起自持雪崩。雪崩由猝灭电路主动或被动猝灭，以允许器件“重置”以探测更多光子。起始电荷载流子可以通过单个入射光子撞击高场区而以光电方式产生。正是这一特性产生了“单光子雪崩二极管”这个名称。这种单光子探测运行模式通常被称为“盖革模式”。
lidar系统的功耗在某些应用中尤其成问题，例如无人驾驶飞行器(UAV)、汽车和工业机器人。例如，在汽车应用中，汽车电源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会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。
发明内容
根据本公开的一些实施例，一种光探测与测距(lidar)设备包括发射器阵列，其包括被配置为响应于相应的发射器控制信号而发射光信号的多个发射器单元；探测器阵列，其包括被配置为针对光信号的脉冲之间的相应选通窗口而被激活和去激活的多个探测器像素；以及控制电路，其被配置为提供选通信号以激活探测器像素的第一子集，而使探测器像素的第二子集保持不激活。
在一些实施例中，发射器阵列还被配置为发射光信号，在连续的光信号之间具有发射器周期，并且控制电路还被配置为提供选通信号以在发射器周期期间以第一时间延迟激活探测器像素的第一子集，而第二子集不激活。
在一些实施例中，选通信号是第一选通信号，并且控制电路还被配置为提供第二选通信号，以在发射器周期期间以第二时间延迟激活探测器像素的第二子集，而使探测器像素的第一子集保持不激活。
在一些实施例中，第一选通信号被配置为在第一持续时间内是激活的，并且第二选通信号被配置为在不同于第一持续时间的第二持续时间内是激活的。
在一些实施例中，第二时间延迟大于第一时间延迟。
在一些实施例中，探测器阵列包括行和列，并且探测器像素的第一子集包括探测器阵列的行或探测器阵列的列。
在一些实施例中，探测器像素的第一子集包括第一探测器像素和第二探测器像素，并且控制电路还被配置为在激活第一探测器像素之后的时间偏移处激活第二探测器像素。
在一些实施例中，探测器阵列包括由物理上并列的探测器像素组成的第一子阵列和由物理上并列的探测器像素组成的第二子阵列，并且探测器像素的第一子集包括第一子阵列的第一探测器像素和第二子阵列的第二探测器像素。
根据本公开的一些实施例，一种光探测与测距(lidar)设备包括发射器，其被配置为发射第一光信号和第二光信号，在第一光信号和第二光信号之间具有发射器周期；探测器阵列，其包括被配置为在发射器周期期间针对相应选通窗口而被激活和去激活的多个探测器像素；以及控制电路，其被配置为在发射器周期内以第一时间延迟将发射器周期内的第一选通窗口应用于多个探测器像素的第一子集，并且在发射器周期内以不同于第一时间延迟的第二时间延迟将发射器周期内的第二选通窗口应用于多个探测器像素的第二子集。
在一些实施例中，第一选通窗口的第一部分在发射器周期内与第二选通窗口的第二部分重叠。
在一些实施例中，探测器阵列包括行和列，并且探测器像素的第一子集包括探测器阵列的行或探测器阵列的列。
在一些实施例中，探测器像素的第一子集包括第一探测器像素和第二探测器像素，并且控制电路被配置为在激活第一探测器像素之后的时间偏移处激活第二探测器像素。
在一些实施例中，第一时间延迟和第二时间延迟被配置为以编程方式控制。
在一些实施例中，第一选通窗口的第一持续时间不同于第二选通窗口的第二持续时间。
在一些实施例中，第二时间延迟大于第一时间延迟，并且第一选通窗口的第一持续时间短于第二选通窗口的第二持续时间。
在一些实施例中，第二时间延迟大于第一时间延迟，并且第一选通窗口的第一持续时间长于第二选通窗口的第二持续时间。
在一些实施例中，探测器阵列包括由物理上并列的探测器像素组成的第一子阵列和由物理上并列的探测器像素组成的第二子阵列，并且探测器像素的第一子集包括第一子阵列的第一探测器像素和第二子阵列的第二探测器像素。
根据本公开的一些实施例，一种光探测与测距(lidar)设备包括发射器，其被配置为发射第一光信号和第二光信号，在第一光信号和第二光信号之间具有发射器周期；探测器阵列，其包括被配置为在发射器周期期间针对相应选通窗口而被激活和去激活的多个探测器像素；控制电路，其被配置为提供选通信号以在发射器周期内以相对于第一光信号的不同的相应时间延迟激活多个探测器像素的第一子集和多个探测器像素的第二子集。
在一些实施例中，控制电路还被配置为提供选通信号以在发射器周期内的第一选通窗口期间激活第一子集，并且控制电路还被配置为提供选通信号以在发射器周期内的第二选通窗口期间激活第二子集。
在一些实施例中，第一选通窗口的第一部分与第二选通窗口的第二部分重叠。
在一些实施例中，第一选通窗口的第一持续时间不同于第二选通窗口的第二持续时间。
在一些实施例中，探测器阵列包括行和列，并且探测器像素的第一子集包括探测器阵列的行或探测器阵列的列。
在一些实施例中，探测器像素的第一子集包括第一探测器像素和第二探测器像素，并且控制电路被配置为在激活第一探测器像素之后的时间偏移处激活第二探测器像素。
在一些实施例中，不同的相应时间延迟被配置为以编程方式控制。
在一些实施例中，第一选通窗口的第一相应时间延迟短于第二选通窗口的第二相应时间延迟，并且第一选通窗口的第一持续时间短于第二选通窗口的第二持续时间。
在一些实施例中，第一选通窗口的第一相应时间延迟短于第二选通窗口的第二相应时间延迟，并且第一选通窗口的第一持续时间长于第二选通窗口的第二持续时间。
附图说明
图1A是根据本文描述的一些实施例的示例lidar系统。
图1B是根据本文描述的一些实施例的产生发射器控制信号和/或探测器控制信号的控制电路的示例。
图2A和图2B示出了根据本文描述的一些实施例的全局选通分布(图2A)和空间选通分布之间的比较。
图3、图4和图5示出了根据本文描述的一些实施例的示例空间选通分布。
图6示出了根据本文描述的一些实施例的示例数字像素配置。
图7示出了根据本文描述的一些实施例的列选通分布的另一个示例。
图8示出了根据本文描述的一些实施例的重叠选通窗口的另一个示例。
图9示出了根据本文描述的一些实施例的使用不同持续时间的选通窗口的示例。
图10示出了根据本文描述的一些实施例的伪随机选通周期持续时间的示例。
图11示出了根据本文描述的一些实施例的恒定活动选通的示例。
图12示出了根据本文描述的一些实施例的子阵列恒定活动选通分布(光栅)的示例。
图13示出了根据本文描述的一些实施例的恒定滑动选通窗口的示例。
图14示出了根据本文描述的一些实施例的被配置为生成2ns选通窗口延迟的电路的实施例的示例实现。
图15示出了根据本文描述的一些实施例的选通解码器的实施例的非限制性示例实现。
图16示出了根据本文描述的一些实施例的全局4位格雷码选通计数器的示例。
图17示出了根据本文描述的一些实施例的4位非线性格雷码选通计数器的示例。
图18示出了根据本文描述的一些实施例的选通解码器的非限制性示例实现。
图19示出了根据本文描述的一些实施例的选通解码器的非限制性示例实现。
图20示出了根据本文描述的一些实施例的可编程选通块的非限制性示例实现。
图21示出了图15的选通解码器的操作的示例实施例。
具体实施方式
lidar系统可包括发射器阵列和探测器阵列，或具有单个发射器和探测器阵列的系统，或具有发射器阵列和单个探测器的系统。如本文所述，一个或更多个发射器可定义发射器单元，且一个或更多个探测器可定义探测器像素。闪光lidar系统可以通过在视场(FoV)或场景上的短持续时间(脉冲)内从发射器阵列或阵列的子集发射光并在一个或更多个探测器处探测从FoV中的目标反射的回波信号来获取一个或更多个目标的三维透视图(例如，点云)。非闪光或扫描lidar系统可以通过在视场或场景上(连续地)光栅扫描光发射来生成图像帧，例如，使用点扫描或线扫描来发射每个点所需的功率，并顺序地扫描以重建完整的视场。
根据本公开的实施例的lidar系统100或电路100的示例在图1A中示出。lidar系统100包括控制电路105、时序电路106、包括多个发射器115e的发射器阵列115和包括多个探测器110d的探测器阵列110。探测器110d包括飞行时间传感器(例如，单光子探测器阵列，例如SPAD)。发射器阵列115的一个或更多个发射器元件115e可以定义发射器单元，发射器单元分别以由定时发生器或驱动器电路116控制的时间和频率发射辐射脉冲或连续波信号(例如，通过漫射器或滤光器114)。在特定实施例中，发射器115e可以是脉冲光源，例如LED或激光器(例如垂直腔面发射激光器(VCSEL))。辐射从目标150反射回来，并由探测器阵列110的一个或更多个探测器元件110d定义的探测器像素感测。控制电路105实现像素处理器，像素处理器使用直接或间接ToF测量技术，测量和/或计算照明脉冲在从发射器阵列115到目标150并返回到探测器阵列110的探测器110d的行程中的飞行时间。
在一些实施例中，发射器模块115或发射器电路115可以包括发射器元件115e(例如，VCSEL)的阵列、耦合到一个或多个发射器元件(例如，透镜113(例如微透镜)和/或漫射器114)的相应的光学元件阵列113和光学元件阵列114和/或驱动器电子设备116。光学元件113和光学元件114可以是可选的，并且可以被配置为提供从发射器元件115e输出的光的足够低的光束发散，以便确保单个发射器元件115e或发射器元件115e组的照明场不会显著地重叠，并且还提供从发射器元件115e输出的光的足够大的光束发散以提供观察者的人眼安全性。
驱动器电子设备116可以各自对应于一个或更多个发射器元件，且可各自响应于参考主时钟的时序控制信号和/或控制发射器元件115e输出的光的峰值功率的功率控制信号的时序控制信号而操作。在一些实施例中，发射器阵列115中的每个发射器元件115e连接到相应的驱动器电路116并由其控制。在其他实施例中，发射器阵列115中的各组发射器元件115e(例如，在空间上彼此接近的发射器元件115e)，可以连接到相同的驱动器电路116。驱动器电路或电路系统116可以包括一个或更多个驱动晶体管，其被配置为控制从发射器115e输出的光发信号的调制频率、时序和幅度。
来自多个发射器115e的光信号的发射为闪光lidar系统100提供单个图像帧。可以选择发射器115e的最大光功率输出以生成在可以根据本文描述的实施例探测到的最亮的背景照明条件下来自最远、反射最少的目标的回波信号的信噪比。以示例的方式示出了用于控制光的发射波长的可选滤光器和用于增强发射器阵列115的照明场的漫射器114。
从一个或更多个发射器115e输出的光发射入射到一个或更多个目标150上并被一个或更多个目标150反射，并且反射光被一个或更多个探测器110d(例如，通过接收光学器件112)探测为光信号(在本文中也称为返回信号、回波信号或回波)，转换成电信号表示(在本文中称为探测信号)，并被处理(例如，基于飞行时间)以定义视场190的3-D点云表示170。根据本文描述的本公开的实施例的lidar系统的操作可以由一个或更多个处理器或控制器执行，例如图1A的控制电路105。
在一些实施例中，接收器模块/探测器模块或电路110包括探测器像素阵列(每个探测器像素包括一个或更多个探测器110d，例如SPAD)、接收光学器件112(例如，一个或更多个透镜以收集FoV 190上的光)和接收电子设备(包括时序电路106)，其被配置为对探测器阵列110的全部或部分供电、启用和禁用，并向其提供定时信号。探测器像素可以以至少纳秒精度被激活或去激活，并且可以是单独可寻址的、按组可寻址的和/或全局可寻址的。接收光学器件112可包括被配置为从最大FoV收集可由lidar系统成像的光的微距透镜、用于提高探测像素的收集效率的微透镜，和/或用于减少或防止杂散光探测的抗反射涂层。在一些实施例中，可以提供光谱滤波器111以通过“信号”光(即，波长对应于从发射器输出的光信号的波长的光)或允许“信号”光通过，但基本上拒绝或阻止非信号光(即，波长与从发射器输出的光信号不同的光)通过。
探测器阵列110的探测器110d连接到时序电路106。时序电路106可以锁相到发射器阵列115的驱动器电路116。可以控制每个探测器110d或探测器组的灵敏度。例如，当探测器元件包括反向偏置光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、PIN二极管和/或盖革模式雪崩二极管(SPAD)时，可以调整反向偏置，由此，过偏置越高，灵敏度越高。
在一些实施例中，控制电路105，例如微控制器或微处理器，向不同发射器115e的驱动器电路116提供不同的发射器控制信号和/或向不同探测器110d的时序电路106提供不同信号(例如，选通信号)以启用/禁用不同探测器110d从而探测来自目标150的回波信号。
生成发射器控制信号和/或探测器控制信号的控制电路105的示例在图1B中示出。图1B的控制电路可以表示一个或更多个控制电路，例如，如本文所述的被配置为向发射器阵列115提供发射器控制信号的发射器控制电路和/或被配置为向探测器阵列110提供选通信号的探测器控制电路。此外，控制电路105可以包括被配置为协调发射器115e和探测器110d的操作的定序器电路。更一般地讲，控制电路105可以包括一个或多个电路，这些电路被配置为产生控制探测器110d的激活的时序和/或探测器110d的激活的持续时间的各个探测器信号，和/或产生控制来自发射器115e的光信号的输出的相应的发射器控制信号。
在一些lidar的实施方式中，可以通过使用不同的发射器115e来实现不同的成像距离范围。例如，被配置为照射高达200米(m)距离范围的目标150的发射器115e可被操作为发射每立体角四倍的功率，作为被配置为成像高达100m距离范围的发射器115e。在一些实施例中，同一发射器115e可被配置成根据被成像的距离使用不同的功率电平。例如，如果lidar系统100被配置为在例如距发射器阵列115200米的距离处照射目标150，则发射器115e可以以第一功率电平被驱动。如果lidar系统100切换或以其他方式配置(例如，动态地)以照射例如距发射器阵列115100米的距离处的目标150，发射器115e可以以小于第一功率电平的第二功率电平被驱动。
如本文所使用的选通可以指代探测器控制信号(在本文中也称为选通信号或“选通”)的生成，以控制lidar系统100的一个或更多个探测器110d的激活的时序和/或激活的持续时间(在本文中也称为选通窗口)。也就是说，这里描述的一些实施例可以利用范围选通(即，相对于发射器(例如，激光器)的发射，以可变的延迟偏置SPAD以在发射器周期内的持续时间或时间窗口内被激活和去激活，从而在每个窗口/帧捕获对应于特定距离子范围的反射信号光子)以限制在每个发射器周期中获取的环境光子的数量。发射器周期(例如，激光周期)是指发射器脉冲之间的时间。在一些实施例中，发射器周期时间被设置为发射的光脉冲往返行进到最远允许目标并返回所需的时间或以其他方式基于发射的光脉冲往返行进到最远允许目标并返回所需的时间，即，基于期望的距离范围。为了覆盖大约200米的期望距离范围内的目标，在一些实施例中，激光器可以以至多750kHz的频率运行(即，大约每1.3微秒或更长时间发射一个激光脉冲)。
范围选通闪光lidar(例如，具有对应于各个距离范围的选通窗口)可能出于多种原因使用选通。例如，在一些实施例中，探测器元件可以组合成像素并且探测器元件和/或探测器像素可以在光信号的发射之后被选择性地激活以在特定选通窗口期间探测来自目标的回波信号。探测到的回波信号可用于从回波信号生成入射到探测器上的光子的探测到的“计数”的直方图。基于直方图探测目标距离的方法的示例在例如2019年2月12日提交的题为“METHODS AND SYSTEMS FOR HIGH-RESOLUTION LONG-RANGE FLASH LIDAR(用于高分辨率远程闪光lidar的方法和系统)”的序号为16/273,783的美国专利申请中进行了讨论，其内容通过引用并入本文。
探测器(例如，SPAD)可能会被偏置，使得它们在lidar发射器击发期间以及在对应于lidar系统的最小范围的一段时间内处于非活动状态。在一些实施方式中，可以在lidar系统中提供电容器阵列以允许电荷分布和探测器阵列的快速再充电。
在一些实施例中，探测可以在发射器(例如，激光器)击发后不久以定时信号(例如，开始信号)开始，可以结束于雪崩触发或活动时间窗口结束(例如，结束信号)中的较早者。在一些实施例中，探测可以开始于雪崩或响应于雪崩而开始，如果发生的话，并且可以恰好在随后的激光脉冲的击发之前结束。在一些实施例中，定时信号(例如，开始信号和结束信号)不是激光周期的开始或激光周期的结束，而是在周期的开始和结束之间计时的信号。在一些实施例中，开始和结束信号的时序在所有周期期间并不相同，例如，允许范围的选通。
在一些实施方式中，再充电方案是被动的，并且一旦发生雪崩，SPAD器件立即快速地再充电。在一些实施例中，再充电电路是有源的，并且再充电时间是电控的。在一些实施例中，有源再充电电路在与激光脉冲的击发相关的时间内偏置SPAD超过击穿。在一些实施例中，再充电电路在光脉冲穿过往返最远目标并返回所需时间的一部分(例如，“选通窗口”)内偏置SPAD，并且该选通窗口被改变以便选通lidar的范围。在一些实施例中，有源再充电电路将SPAD保持在其再充电状态足够长的时间以释放足够大百分比的俘获电荷(例如，1ns、2ns、3ns、5ns、7ns、10ns、50ns或100ns)，然后快速为SPAD充电。
在利用SPAD的探测器阵列中，整个阵列可以同时接收相同的选通窗口。这种技术可以称为全局选通分布。如本文所使用的，选通窗口可以是选通信号的持续时间(例如，脉冲宽度)，其中SPAD被偏置以确定SPAD是否已经探测到光子。例如，在600×300SPAD像素的SPAD阵列中，所有180K像素都可以接收相同的选通窗口。选通窗口可以在子帧内重复多次。在该周期结束时，可以读出子帧，例如，对探测到的光子的数量进行计数。随后，该过程可以通过暴露下一个选通窗口并重复操作而再次开始。在一些实施例中，各个SPAD可以在选通窗口和/或子帧之间“重置”。
然而，这样的技术可能导致大的SPAD电容同时对多个SPAD和/或所有SPAD再充电。例如，在一些实施例中，每个像素可以包括两个SPAD微单元，每个大约为10μm×10μm，每个SPAD微单元具有大约100fF的电容。在这样的实施例中，如果存在180k像素，每个像素具有100fF的电容，则与再充电操作相关联的总电容可以是180k×100fF×2＝～40nF。
此外，对于短程平面目标(例如，10m外白色卡车的一侧)，可能存在大的重合像素峰值功率。例如，这样的目标可能会导致所有SPAD激活，这可能会导致功耗增加。例如，180k像素×100μA×1.1V＝18W的功率。
一种可以避免和/或减少这些问题的不同技术是使用空间选通分布。空间选通分布可以在整个像素阵列空间上分布选通，使得像素子集对于平面目标同时有效。空间选通分布可能会导致SPAD再充电峰值电流降低，并在激光周期中分布在多个选通窗口上。空间选通分布也可能导致像素活动峰值功率降低，分布在激光周期中的多个选通窗口上。
图2A和图2B示出了根据本文描述的一些实施例的全局选通分布(图2A)和空间选通分布(图2B)之间的比较。如图2A和2B所示，示例激光周期可以分成n个选通窗口。例如，激光循环时间(例如，发射激光之间的时间)可以是1.3μs。激光周期可以分成n个选通窗口，例如十六个选通窗口。在这样的示例中，选通窗口可以在1.3μs的激光周期内以81ns间隔分布。关于图2A和图2B讨论的激光脉冲之间的时序仅仅是一个例子。在不偏离本发明的情况下，其他时序也是可能的。
图2A图示出了全局选通分布的示例。特别地，图2A图示了关于lidar系统的激光脉冲的一连串n个选通窗口的时序，其中每个选通窗口1到n定义了lidar系统的探测器(例如，SPAD)在相对于激光脉冲不同的相应延迟处的激活持续时间，响应于各个选通信号Strobe#0到Strobe#n。在一些实施例中，各个选通窗口的持续时间可以相同，如图2A所示。图像子帧可以包括多个激光脉冲，在各个激光脉冲之间具有多个选通窗口。例如，每个子帧中可能有大约1000个激光周期。每个子帧还可以表示对于相应的选通窗口收集的数据。可以在每个子帧的末尾执行选通窗口读出操作，多个子帧(对应于各自的选通窗口)构成每个图像帧(例如，每个帧中有20个子帧)。
出于探测目的，一些lidar系统对于给定的探测器仅针对特定的激光脉冲激活一次特定的选通。换句话说，探测器(例如，SPAD和/或SPAD像素中的SPAD集合)可能仅对于特定激光周期的单个选通窗口(具有相应的距离子范围)有效。图2A示出了Strobe#0至Strobe#n与其各自的激光脉冲相关的时序的示例。例如，图2A示出了特定的选通窗口(例如，对应于特定距离范围的探测器的特定激活时间)可用于多个激光周期。例如，第一选通窗口(例如，Strobe#0)可以用于所有探测器的多个激光周期(例如，LASER#0到LASER#(X-1))。对应于不同距离子范围的第二选通窗口(例如，Strobe#1)可以用于第二多个激光周期(例如，LASER#X到LASER#(Y-1))。这种进展可以通过对应于不同距离子范围的后续选通窗口继续，直到对每个距离子范围(例如，n个选通窗口)进行了采样，多个激光周期用于每个距离子范围。虽然图2A描述了使用激光器作为光发射器，但是应当理解，在不偏离本发明的范围和精神的情况下也可以使用其他类型的光信号。
光信号(和/或相应的选通窗口)的脉冲之间的时间可以对应于距离范围(例如，光子从发射器传播到距离范围内的目标并返回探测器所需的时间)，并且相应的选通窗口可以因此对应于距离范围的子范围。例如，要对200米(m)的距离范围成像，可以定义十个相应的选通窗口以覆盖1m–20m的距离子范围、20m–40m的距离子范围、40m–60m的距离子范围、……、和180m–200m的距离子范围。虽然以十个选通窗口为例使距离子范围更加清晰，但可以理解，可以使用不同数量的选通窗口(例如，十六个选通窗口)，对覆盖的距离子范围进行相应的改变。
如上所述，在全局选通分布中，特定激光周期的相应选通窗口可以全局地应用于lidar系统的多个和/或所有探测器。因此，在给定的激光周期期间，lidar系统的所有探测器可各自采样特定距离子范围。lidar系统可以收集探测器探测到的光子的所有计数，以生成点云。
图2B示出了根据本文描述的一些实施例的用于空间选通分布的选通窗口的布置。如图2B所示，在空间选通分布的情况下，在特定激光周期期间可以激活多于一个选通窗口。不是全局地向lidar系统的所有探测器提供相同的选通窗口(和相关的距离子范围)，不同的选通窗口可以应用于探测器阵列的不同探测器，这取决于所使用的空间分布方案。因此，在给定的激光周期期间，在激光脉冲发射之后的第一时间延迟(与特定距离子范围相关联)处，第一选通窗口(例如，Strobe#0)可以应用于第一探测器(例如，SPAD和/或SPAD像素)和/或探测器的第一子集。在相同的激光周期期间，在激光脉冲发射之后的第二时间延迟(与第二距离子范围相关联)处，可以将第二选通窗口(例如，Strobe#n)应用于第二探测器(例如，SPAD和/或SPAD像素)和/或探测器的第二子集。以此方式，可以在激光周期期间的不同时间激活探测器阵列的不同探测器。
像素阵列内的选通的各种空间布置是可能的。空间分布的一个示例可以包括像素阵列之间的子阵列的布置。子阵列可以包括物理上并列的多个探测器(例如，像素)。例如，像素阵列内的探测器的正方形布置可以分组为子阵列。子阵列布置可使信号路由容易。空间分布的一个实施例可以包括像素阵列中的列和/或行的单个或组，其可类似地提供更容易的路由。
图3示出了根据本发明的一些实施例的针对像素内的16个SPAD和/或像素的示例子阵列的子阵列空间分布的示例。如本文所用，像素可指单个探测器(例如SPAD)和一组探测器。例如，像素可以包括探测器(例如，SPAD)的4×4布置。图3示出了形成lidar系统的像素的子阵列的16个像素的像素阵列310的示例，其中每个像素被标记为像素C、像素R，其中C表示像素阵列中像素的列并且R表示像素阵列中像素的行。lidar系统，例如lidar系统可以包括多个这样的像素阵列310。也就是说，lidar系统100的探测器阵列110(见图1)可以包括一个或更多个像素阵列310。图3还示出了n个选通窗口的特定选通窗口配置320，其中n是整数。选通窗口配置320示出了在给定激光周期期间应用于像素阵列310的特定像素位置的选通窗口的排序。在图3中，选通窗口配置320旨在说明如何将选通窗口应用于像素阵列310。例如，选通窗口配置320的特定单元中的Strb#0指定旨在指示像素阵列310中的对应像素(例如，PIXEL 0，0)将在Strobe#0期间被激活(例如，Strobe#0将应用于PIXEL 0，0)。选通窗口配置320的另一个单元中的Strb#1指定旨在指示像素阵列310中的对应像素(例如，PIXEL0，1)将在Strobe#1期间被激活，这是Strobe#0之后的后续选通窗口，依此类推。
图3示出了其中在每个选通窗口期间选择特定像素的子阵列空间分布。图3仅是子阵列选通分布(例如，光栅分布)的一个实施例的示例，并不旨在进行限制。如图3所示，子阵列选通分布320可以基于像素在一行中的位置顺序地(例如，从左到右)处理像素。当特定行完成时，下一个选通窗口可以在相反方向(例如从右到左)继续下一行。本领域的普通技术人员将认识到，在不偏离本发明构思的情况下，可以使用其他基于子阵列的处理的配置。
例如，图4示出了根据本发明一些实施例的“螺旋”子阵列选通分布420。在图4中，螺旋分布420被应用于与图3中类似的像素阵列310。如图4所示，特定激光周期期间的选通可沿特定行进行，然后沿特定列进行，以螺旋图案交替朝向像素阵列310的中心。
图5示出了根据本发明的一些实施例的随机子阵列选通分布520的另一个示例。如图5所示，特定激光周期期间的选通可以在像素阵列310内随机进行，在没有特定图案的激光周期期间不重复地选择像素。在一些实施例中，随机子阵列选通分布520在不同的激光周期中可以不同。例如，随机子阵列选通分布520可以在每个激光周期重新配置，但本发明不限于此。在一些实施例中，可以在特定持续时间之后重新配置随机子阵列选通分布520。此处描述的子阵列处理的示例旨在仅用于说明，而不是对这里描述的实施例的限制。
图6示出了根据本文描述的一些实施例的示例数字像素配置。图6示出了结合像素子阵列605的数字像素实现，其中数字像素选通发生器可以使用在子阵列605的中心处共享的常开压控振荡器(VCO)610。当相关器触发时以及如果相关器触发时，来自VCO 610的信号可以循环地分配到每个像素计数器。相关器可以被配置为输出各自的相关信号，其表示探测器对一个或更多个光子的探测，光子的相应的到达时间在相对于至少一个其他探测到的光子的预定的相关时间内。例如在2019年2月12日提交的美国专利申请序列号为16/273,783，题为“METHODS AND SYSTEMS FOR HIGH-RESOLUTION LONG-RANGE FLASH LIDAR(用于高分辨率远程闪光lidar的方法和系统)”的专利中讨论了相关器电路。在图6的实施例中，VCO频率可能较低(例如，<2GHz)，因为可能不太重视对于持续时间为几(例如，小于10)纳秒的激光脉冲的精确时间戳数字化。在一些实施例中，可以向VCO 610提供时钟同步信号620。
图7示出了根据本文描述的一些实施例的列选通分布的另一个示例。如图7所示，在每个选通窗口期间，可以同时选通像素阵列的一列或更多列的像素。例如，如果定义了16个选通窗口，则第0列、第16列、第32列等(例如，每十六列)可在第一个窗口期间被选通，第1列、第17列、第33列等可在第二个窗口期间被选通，依此类推。图7中的列处理的示例旨在仅用于说明，而不是对这里描述的实施例的限制。行处理可以与图7中所描述的类似地执行，但是处理元件是像素阵列的行而不是列。
除了本文讨论的选通分布变化之外，通过使用各种配置的选通窗口时序可以获得额外的改进。在一些实施例中，可以通过使选通窗口重叠来实现改进，例如，通过选通窗口宽度的一小部分来考虑从目标返回的激光分布在两个相邻的选通窗口上的场景。这部分可以是例如选通窗口的1/20、1/10、1/5、1/4、1/3、1/2等。图8示出了该实施例。选通重叠可能会导致选通长度略有增加。选通重叠的使用可以与本文讨论的选通分布方案(例如，像素子阵列、基于行、基于列等)结合使用。
在一些实施例中，可以通过具有不同持续时间的选通来实现改进。例如，为了均衡信号信背比(signal to background ratio，SBR)，短距离选通窗口(例如，与更近距离子范围相关联的选通窗口)在持续时间上比长距离选通窗口更长或更短可能是有利的。持续时间可以按大约1/r2分配，其中r是与发射器的距离。图9示出了根据本文描述的一些实施例的使用不同持续时间的选通窗口的示例。这种方案为较远的较弱目标提供了较短的采集窗口，从而允许较少的环境光子到达，从而在计算平均到达时间时实现与均匀选通窗口场景相比更高的信背比。尽管图9图示了其中对更远目标的采集较短的示例，但是应当理解，其他配置也是可能的。例如，图9的配置可以颠倒，并且短距离选通窗口(例如，与更近距离子范围相关联的选通窗口)的持续时间可以比长距离选通窗口短(例如，选通窗口持续时间可能会随着距离范围的增加而增加)。
在一些实施例中，可以使用伪随机循环持续时间。在一些实现中，可能会出现与多个lidar系统之间的干扰相关的问题。一种解决方案可能包括使一个lidar系统的信号在外界(即另一个lidar系统)看来尽可能随机，但与原始lidar同步。在不同子帧中的不同像素中对不同距离子范围进行空间采样可能对干扰lidar系统具有一定的抖动作用，因为根据本文描述的示例实施例的lidar系统可以在不同的子帧序列处对给定像素中的给定距离子范围进行采样。图10示出了根据本文描述的一些实施例的伪随机选通周期持续时间的示例。图10中示出的序列可能不会重复。
在一些实施例中，可以使用恒定活动选通。图11示出了根据本文描述的一些实施例的恒定活动选通的示例。例如，空间分布选通的一种方法是使相同持续时间的更多个选通通过恒定的延迟间隔彼此稍微时间偏移。使用先前讨论的十六个选通的示例，可以使用四个相等延迟的选通门。如图11所示，第一选通(例如，Strobe#0)可以被应用到四个不同的探测器，在各个选通窗口应用之间具有相应的时间延迟。例如，Strobe#0应用显示为Strobe#0D0(Strobe#0应用于探测器0)、Strobe#0D1(Strobe#0应用于探测器1)、Strobe#0D2(Strobe#0应用于探测器2)，和Strobe#0D3(Strobe#0应用于探测器3)。对Strobe#1、Strobe#2和Strobe#3及其他重复该模式。在一些实施例中，D0和D1可以是像素阵列中的相邻探测器(参见，例如，下面讨论的图12)并且可以顺序地启用。例如，Strobe#0D0、Strobe#0D1、Strobe#0D2、Strobe#0D3可以在偏移一部分(例如，1/4)选通周期的时间点激活相邻像素阵列中的探测器。尽管图11示出了Strobe#0、Strobe#1、Strobe#2和Strobe#3都被应用于例如探测器0(D0)，应当理解的是，可以为不同的选通窗口激活不同的探测器。类似地，虽然图11仅示出了四个探测器(例如，D0、D1、D2、D3)，但是应当理解这仅用于示例的目的，并且根据在此描述的实施例的lidar系统可以包括额外的探测器。因此，可以提供额外的选通窗口，其延伸跨越所有或大部分激光周期。
相应的选通窗口之间的这种延迟可以在例如使用延迟锁定环(DLL)的电路中实现。在这样的示例中，可能有四组十六个选通彼此偏移20.25ns(81ns/4)。SPAD充电电流将以64×20.25ns的间隔分布，而不是以16×81ns的间隔分布。这可能会破坏窗口间隔的时间中点。在一些实施例中，这可以导致更容易的外部误差校正。在使用恒定活动选通的一些实施例中，外部系统可以从每个像素激光返回估计中减去空间时间偏移。在图11的示例中，仅显示了16个选通窗口中的4个。
在一些实施例中，像素子阵列选通分布可以与恒定活动选通分布相结合。图12示出了根据本文描述的一些实施例的子阵列恒定活动选通分布(光栅)1220的示例。
在一些实施例中，一个子像素阵列的处理可以从另一个子像素阵列稍微偏移来执行。例如，图12中示出了四个子阵列1210_a、1210_b、1210_c和1210_d。可以以类似于图3中的方式将选通窗可应用于四个子阵列1210_a、1210_b、1210_c和1210_d中的相应子阵列。应用于第一子阵列1210_a(例如，STRB#0D0)的第一探测器的第一选通窗口(例如，Strobe#0)可以与应用于第二子阵列1210_b(例如，STRB#0D1)的第一探测器的第一选通窗口在时间上偏移，其可以从应用于第三子阵列1210_c(例如，STRB#0D2)的第一探测器的第一选通窗口偏移，等等。第二选通窗口(例如，Strobe#1)可以以类似的偏移应用于选通分布中的各种子阵列中的下一个。尽管延迟子阵列在图12中被示出为相邻的，但是应当理解这仅仅是一个示例。如本领域普通技术人员将理解的，随着延迟组的数量的增加，许多其它模式也是可行的。例如，偏移选通窗还可应用于图4的选通分布420和图5的选通分布520或本文所述的任何其它选通分布。
在一些实施例中，可以使用恒定滑动选通窗口方案。图13示出了根据本文描述的一些实施例的恒定滑动选通窗口的示例。该方案以列格式分布选通窗口，以便于生成和减少布线。例如，对于第600列，可能会生成600个单独的选通。例如，在600×300阵列中，每2ns可对一列300个SPAD进行再充电。这种机制可能导致低平均电流消耗(例如，3V过量估计为100mA)。在一些实施例中，当lidar的探测器的一侧(例如，左侧)观察近距离(例如，利用与更近距离子范围相关联的选通窗口)时，探测器的另一侧(例如，右侧)可能观察长距离(例如，利用与更远距离子范围相关联的选通窗口)。在一个实施例中，选通距离的循环波可以不断地从左向右移动。在一些实施例中，外部系统可以补偿(例如，减去)以偏移像素时间估计(例如，2ns×列索引)。
在一些实施例中，可以生成具有时间延迟(例如，2ns)的选通窗口(例如，81ns的持续时间)以在SPAD阵列上提供基本恒定的SPAD再充电功率。例如，如果有600列，600个选通窗口乘以选通窗口之间的偏移时间2ns，结果为1.3μs。在这样的实施例中，SPAD电容的1/600th(例如40nF)可能每2ns再充电3V，这可能会产生100mA的电流。
图14示出了根据本文描述的一些实施例的被配置为生成2ns选通窗口延迟的电路的实施例的示例实现。在图14中，提供一个600×300SPAD阵列1410作为示例，其中600列中的相应列基于延迟被激活。
参照图14，锁相环PLL可以包括相位探测器1420、电荷泵1425和滤波器1427。PLL可以生成提供给延迟锁定环DLL的相位时钟信号。DLL可以包括相位探测器1440和电荷泵1445。从电荷泵1445输出的信号可以提供给一系列延迟元件1447，延迟元件1447可用于从可被提供给像素阵列1410的各列的相位时钟信号生成延迟的选通窗口(图示为列1选通窗口，列2选通窗口，等等)。应当理解的是，图14的配置也可以基于行而不是列来实现。
图15示出了根据本文描述的一些实施例的选通解码器的实施例的非限制性示例实现。选通解码器可以被配置为对像素x、像素y(其中x是像素的列，y是像素的行)进行解码。在图15中，StrobeState<3:0><y>是基于列的信号，StrobeCounter<3:0>对于整个像素阵列是全局的，IntState<3:0><x,y>是像素<x,y>中的内部信号，以及SelStrobe<x,y>是像素x、像素y内部用于选通SPAD和像素活动的选通信号。
对像素x、像素y进行解码可能发生在两个阶段。首先，解码器可以在列信号Write<x>的控制下锁存以存储本地选通数。其次，解码器可以从全局分布的StrobeCounter<3:0>中选择正确的脉冲。
在一些实施例中，像素阵列中的空间选通模式可以是硬连线的并且在芯片制造之后不能(或可能难以)改变。在一些实施例中，可以通过外部系统将StrobeState<3:0>上的字写入内部像素状态IntState<3:0>(参见，例如，图15)以可编程方式(例如，以编程方式控制)建立空间选通图案。例如，在传感器芯片启动时，控制器可以将StrobeState<3:0>值的初始模式加载到像素阵列中。这可以例如通过为像素阵列的每一行滚动写入脉冲Write<x>并从基于列的寄存器加载StrobeState<3:0><y>来完成。IntState<3:0>可以选择全局分布的(例如，格雷码)选通计数StrobeCounter<3:0>，其可以以对应于lidar系统的最大距离(例如，1.3μs)的重复率从0到15循环。
格雷码是二进制数字系统的一种排序，使得两个连续值仅相差一位(二进制数字)(例如，在任何给定点只有一个信号转换)。图16示出了根据本文描述的一些实施例的全局4位格雷码选通计数器的示例。图17示出了根据本文描述的一些实施例的4位非线性格雷码选通计数器的示例。在图7中，不同的信号代表不同的代码位。如图17所示，可以在转变点(如图17中的虚线所示)处改变代码，在一些实施例中，可以根据同步时钟信号转变该转变点。
解码后，非线性格雷码可能会在近距离产生较长的选通，而在远距离产生较短的选通。这可能会导致背景噪音的减少，并且可能会改善远距离的质心。相反，较长的选通可能会在信号较大的短距离内接受更多的背景噪声。应当理解的是，图16和17中所示的代码仅是示例并且不旨在限制本公开。在不偏离本发明的情况下，可以使用其他位配置，包括不使用格雷码的那些。
图21示出了图15的选通解码器的操作的示例实施例。在图21中，可以在传感器通电时对一系列选通窗口进行编程。例如，可以为不同的像素指定不同的IntState值。在图21的示例中，十六进制值0xA指定给Pixel#0，十六进制值0x5指定给Pixel#1，十六进制值0x8指定给Pixel#2，依此类推，直到Pixel#15，指定为十六进制值0xD。这些指定仅是示例，并不旨在限制本文描述的实施例。如图21所示，用于选通计数器的代码(例如，二进制补码)可与选通解码器结合使用以编程方式(例如，通过电路和/或处理器的操作)在像素之间分布选通窗口。
在一些实施例中，可以根据卷帘快门方案通过ADC或数字读出器扫描行来读出子帧。在读出第y行的像素数据时，第y行的IntState<3:0>也可以从像素中读出、递增，然后由列并行数字电路写回到同一像素中。
尽管已经描述了选通更新的方法，但是本文描述的实施例不限于此。在不偏离本发明构思的情况下，其他选通更新序列也是可行的。例如，如果目标被芯片上(基于列的)控制器或芯片外控制器视为朝向系统，则像素的IntState<3:0>可以递减。作为另一个示例，线性反馈移位寄存器(LFSR)序列可用于非连续但循环的选通跳频。作为另一个示例，如果目标被芯片上(基于列的)控制器或芯片外控制器视为已被获取，选通可以保持不变，以更高的帧速率读出相同的选通子帧。这可以通过将光子计数信号与(与选通相关的)阈值进行比较来完成。
图18示出了根据本文描述的一些实施例的选通解码器的非限制性示例实现。如图18所示，可以基于选通状态(StrobeState)信号和选通计数器(StrobeCounter)信号生成在像素阵列中用于激活探测器(例如SPADS)的选通信号(例如SelStrobe<x,y>)。如本文所讨论的，StrobeState信号可以是基于列的信号并且StrobeCounter信号对于整个像素阵列可以是全局的。在解码的第一阶段，可以在列信号Write<x>的控制下锁存本地选通数。在解码的第二阶段，可以基于第一阶段的输出(例如，IntState)和StrobeCounter信号对SelStrobe信号进行解码。系统可以在SysRst信号的控制下复位。在一些实施例中，图18示出的d型触发器1810可以实现为锁存器或SRAM以减小面积。
图19示出了根据本文描述的一些实施例的选通解码器的非限制性示例实现。如图19所示，选通解码器还可以实现为16对1多路复用器1910，多路复用器1910由接收StrobeState<15:0>全局选通信号的输入的IntState<3:0>控制。在这种情况下，可以单独生成选通，从而可以分布重叠的选通。在一些实施例中，使用更多的线和多路复用器可以占据更大的硅面积。多路复用器1910的输入可由如关于图18讨论的类似的d型触发器1810提供。
图20示出了根据本文描述的一些实施例的可编程选通块2000的非限制性示例实现。在图20的框图中，仅图示了与空间选通分布(不是主要lidar操作)相关的块。参照图20，可以提供像素阵列2010。像素阵列2010可以具有M行和N列。提供给像素阵列2010的选通窗口的配置可以由选通系统控制器电路2015调节和/或控制。选通系统控制器电路2015可以是，例如，例如图1的控制电路105的控制电路的一部分。如关于图15-图19讨论的，可编程选通分布可以基于诸如StrobeCounter、StrobeState和Write之类的信号。换言之，可以基于StrobeCounter信号、StrobeState信号和Write信号的给定状态来控制特定选通窗口对给定像素(例如，Pixel<x,y>)的应用。StrobeState信号可以由StrobeState更新控制电路2025基于选通系统控制器电路2015和StrobeState移位寄存器电路2020之间的通信来提供。StrobeState移位寄存器电路2020可以在选通系统控制器电路2015的进一步控制之下。
StrobeCounter信号可以由StrobeCounter时钟分配电路2030基于选通系统控制器电路2015和选通发生器电路2035之间的通信来提供。选通发生器电路2035可以在选通系统控制器电路2015的控制下从锁相环2040接收输入信号。
在选通系统控制器电路2015的控制下，可以由行寻址电路2017提供Write信号。图20示出了用于生成StrobeState信号、StrobeCounter信号和Write信号的示例实现，应当理解，在不偏离本发明构思的情况下其他电路配置是可行的。如图20所示，外围电路可以被配置为在选通状态下写入，从而允许其他电路应用全局选通计数器信号。结果，可以以编程方式完成探测器的空间采样和时间采样的定制。定制可以在装置加电时完成，并且可以通过串行链相对缓慢地完成和/或在需要时进行修改。
应当理解的是，在不偏离本发明的情况下，本文讨论的各种选通分配方案(例如，像素子阵列、基于行、基于列)可以与本文讨论的各种选通时序方案(例如，重叠选通、非线性选通、随机选通、恒定活动选通、恒定滑动选通)一起使用。
本文已经参考了示出示例实施例的附图描述了各种实施例。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在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将本发明构思充分传达给本领域技术人员。对示例实施例的各种修改以及在此描述的一般原理和特征将是显而易见的。在附图中，层和区域的尺寸和相对尺寸未按比例示出，并且在某些情况下为了清楚可能被夸大。
示例实施例主要是根据在特定实现中提供的特定方法和装置来描述的。然而，这些方法和装置可以在其他实现方式中有效地运行。诸如“示例实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”之类的短语可以指相同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/或装置来描述实施例。然而，系统和/或装置可以包括比所示那些更少或更多的部件，并且可以在不脱离本发明构思的范围的情况下对部件的布置和类型进行变化。还将在具有特定步骤或操作的特定方法的上下文中描述示例实施例。然而，这些方法和装置可以有效地用于具有不同和/或附加步骤/操作以及与示例性实施例不一致的不同顺序的步骤/操作的其他方法。因此，本发明构思不旨在限于所示实施例，而是符合与本文描述的原理和特征一致的最宽范围。
如本领域技术人员需要理解的是，本公开的方面可以在本文中以多个可专利类中的任何一个或者上下文包括的任何新的和有用的工艺、机器、制造或物质的组成，或其任何新的和有用的改进的任何一个来说明和描述。因此，本公开的各方面可以完全以硬件、完全以软件(包括固件、常驻软件、微代码等)或以软件和硬件结合的实现方式来实现，这些实现方式在本文中统称为“电路”、“模块”、“组件”或“系统”。此外，本公开的方面可以采用包含在一个或更多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有在其上包含的计算机可读程序代码。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制示例实施例。如本文所用的单数形式的“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解的是，如本文所用的术语“包括”或“包含”是开放式的，包括一个或更多个陈述的要素、步骤和/或功能，但不排除一个或更多个未陈述的要素、步骤和/或功能。术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何组合和所有组合。
应当理解的是，虽然术语第一、第二等可在本文中用于描述各种元素，但这些元素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。因此，在不脱离本发明构思的范围的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。
还应当理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。
除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)与本发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。应当进一步理解的是，术语，例如在常用词典中定义的那些，应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义并且不会以理想化或过于正式的含义被解释，除非在本文中明确定义。
结合以上描述和附图，本文公开了许多不同的实施例。应当理解的是，逐字地描述和说明这些实施例的每个组合和子组合将是过度重复和混淆的。因此，包括附图在内的本说明书应被解释为构成本文所述实施例的所有组合和子组合、以及制造和使用它们的方式和过程的完整书面描述，并且应支持对任何此类组合的权利要求或子组合的权利要求。
在附图和说明书中，已经公开了本公开的实施例，并且虽然使用了特定术语，但是它们仅用于一般和描述性的意义而不是为了限制的目的。提供以下权利要求是为了确保本申请满足作为所有司法管辖区的优先权申请的所有法定要求，并且不应被解释为阐述本发明的范围。

Claims (26)

1.一种光探测与测距(lidar)设备，包括：
发射器阵列，所述发射器阵列包括被配置为响应于相应的发射器控制信号而发射光信号的多个发射器单元；
探测器阵列，所述探测器阵列包括被配置为针对所述光信号的脉冲之间的相应选通窗口而被激活和去激活的多个探测器像素；以及
控制电路，所述控制电路被配置为提供选通信号以激活所述探测器像素的第一子集，而使所述探测器像素的第二子集保持不激活。
2.如权利要求1所述的lidar设备，其中，所述发射器阵列还被配置为发射所述光信号，在连续的所述光信号之间具有发射器周期，并且
其中，所述控制电路还被配置为提供所述选通信号以在所述发射器周期期间以第一时间延迟激活所述探测器像素的第一子集，而所述第二子集不激活。
3.如权利要求2所述的lidar设备，其中，所述选通信号是第一选通信号，并且
其中，所述控制电路还被配置为提供第二选通信号，以在所述发射器周期期间以第二时间延迟激活所述探测器像素的第二子集，而使所述探测器像素的第一子集保持不激活。
4.如权利要求3所述的lidar设备，其中，所述第一选通信号被配置为在第一持续时间内是激活的，并且
其中，所述第二选通信号被配置为在不同于所述第一持续时间的第二持续时间内是激活的。
5.如权利要求3或4所述的lidar设备，其中，所述第二时间延迟大于所述第一时间延迟。
6.如前述权利要求中任一项所述的lidar设备，其中，所述探测器阵列包括行和列，并且
其中，所述探测器像素的第一子集包括所述探测器阵列的行或所述探测器阵列的列。
7.如前述权利要求中任一项所述的lidar设备，其中，所述探测器像素的第一子集包括第一探测器像素和第二探测器像素，并且
其中，所述控制电路还被配置为在激活所述第一探测器像素之后的时间偏移处激活所述第二探测器像素。
8.如前述权利要求中任一项所述的lidar设备，其中，所述探测器阵列包括由物理上并列的探测器像素组成的第一子阵列和由物理上并列的探测器像素组成的第二子阵列，并且
其中，所述探测器像素的第一子集包括所述第一子阵列的第一探测器像素和所述第二子阵列的第二探测器像素。
9.一种光探测与测距(lidar)设备，包括：
发射器，所述发射器被配置为发射第一光信号和第二光信号，在所述第一光信号和第二光信号之间具有发射器周期；
探测器阵列，所述探测器阵列包括被配置为在所述发射器周期期间针对相应选通窗口而被激活和去激活的多个探测器像素；以及
控制电路，所述控制电路被配置为在所述发射器周期内以第一时间延迟将所述发射器周期内的第一选通窗口应用于所述多个探测器像素的第一子集，并且在所述发射器周期内以不同于所述第一时间延迟的第二时间延迟将所述发射器周期内的第二选通窗口应用于所述多个探测器像素的第二子集。
10.如权利要求9所述的lidar设备，其中，所述第一选通窗口的第一部分在发射器周期内与所述第二选通窗口的第二部分重叠。
11.如权利要求9或10所述的lidar设备，其中，所述探测器阵列包括行和列，并且
其中，所述探测器像素的第一子集包括所述探测器阵列的行或所述探测器阵列的列。
12.如权利要求9至11中任一项所述的lidar设备，其中，所述探测器像素的第一子集包括第一探测器像素和第二探测器像素，并且
其中，所述控制电路被配置为在激活所述第一探测器像素之后的时间偏移处激活所述第二探测器像素。
13.如权利要求9至12中任一项所述的lidar设备，其中，所述第一时间延迟和所述第二时间延迟被配置为以编程方式控制。
14.如权利要求9至13中任一项所述的lidar设备，其中，所述第一选通窗口的第一持续时间不同于所述第二选通窗口的第二持续时间。
15.如权利要求9至13中任一项所述的lidar设备，其中，所述第二时间延迟大于所述第一时间延迟，并且
其中，所述第一选通窗口的第一持续时间短于所述第二选通窗口的第二持续时间。
16.如权利要求9至13中任一项所述的lidar设备，其中，所述第二时间延迟大于所述第一时间延迟，并且
其中，所述第一选通窗口的第一持续时间长于所述第二选通窗口的第二持续时间。
17.如权利要求9至16中任一项所述的lidar设备，其中，所述探测器阵列包括由物理上并列的探测器像素组成的第一子阵列和由物理上并列的探测器像素组成的第二子阵列，并且
其中，所述探测器像素的第一子集包括所述第一子阵列的第一探测器像素和所述第二子阵列的第二探测器像素。
18.一种光探测与测距(lidar)设备，包括：
发射器，所述发射器被配置为发射第一光信号和第二光信号，在所述第一光信号和第二光信号之间具有发射器周期；
探测器阵列，所述探测器阵列包括被配置为在所述发射器周期期间针对相应选通窗口而被激活和去激活的多个探测器像素；以及
控制电路，所述控制电路被配置为提供选通信号以在所述发射器周期内以相对于所述第一光信号的不同的相应时间延迟激活所述多个探测器像素的第一子集和所述多个探测器像素的第二子集。
19.如权利要求18所述的lidar设备，其中，所述控制电路还被配置为提供所述选通信号以在所述发射器周期内的第一选通窗口期间激活所述第一子集，并且
其中，所述控制电路还被配置为提供所述选通信号以在所述发射器周期内的第二选通窗口期间激活所述第二子集。
20.如权利要求18或19所述的lidar设备，其中，所述第一选通窗口的第一部分与所述第二选通窗口的第二部分重叠。
21.如权利要求18至20中任一项所述的lidar设备，其中，所述第一选通窗口的第一持续时间不同于所述第二选通窗口的第二持续时间。
22.如权利要求18至21中任一项所述的lidar设备，其中，所述探测器阵列包括行和列，并且
其中，所述探测器像素的第一子集包括所述探测器阵列的行或所述探测器阵列的列。
23.如权利要求18至22中任一项所述的lidar设备，其中，所述探测器像素的第一子集包括第一探测器像素和第二探测器像素，并且
其中，所述控制电路被配置为在激活所述第一探测器像素之后的时间偏移处激活所述第二探测器像素。
24.如权利要求18至23中任一项所述的lidar设备，其中，所述不同的相应时间延迟被配置为以编程方式控制。
25.如权利要求18至24中任一项所述的lidar设备，其中，所述第一选通窗口的第一相应时间延迟短于所述第二选通窗口的第二相应时间延迟，并且
其中，所述第一选通窗口的第一持续时间短于所述第二选通窗口的第二持续时间。
26.如权利要求18至24中任一项所述的lidar设备，其中，所述第一选通窗口的第一相应时间延迟短于所述第二选通窗口的第二相应时间延迟，并且
其中，所述第一选通窗口的第一持续时间长于所述第二选通窗口的第二持续时间。
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