CN114127468A - 用于利用场角来改变照明波长的有源照明系统 - Google Patents

Abstract

一种有源照明装置包括发射源，所述发射源被配置成对视场进行照明。所述发射源包括一个或多个发射器元件，并且被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于将由此被照明的所述视场的相应部分而变化。根据检测模块针对相应场角的光学特性（诸如，检测器侧光谱过滤器元件的通带）的变化，所述光学信号的相应波长可以在所述视场的相应场角上变化。还讨论了相关的成像装置和方法。

Description

用于利用场角来改变照明波长的有源照明系统

优先权要求

本申请要求于2019年5月28日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请号62/853,283的优先权的权益，该申请的公开内容通过引用整体地并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及成像，并且更具体地涉及基于有源照明的成像。

背景技术

基于有源照明的成像被用于多个应用中，包括测距、深度剖析（depthprofiling）、结构化照明和3D成像（例如，光检测和测距（LIDAR），本文中也被称为lidar）。飞行时间（ToF）3D成像系统可以被分类为间接ToF（iToF）或直接ToF系统。

直接ToF测量包括测量由LIDAR系统的发射器元件发射辐射与由LIDAR系统的检测器元件感测到从对象或其他目标反射之后的辐射（本文中也被称为回波信号）之间的时间长度。根据这个时间长度，可以确定距目标的距离。间接飞行时间测量包括测量回波信号相对于发射信号的相位延迟或相移。根据返回的回波信号的检测到的相移，可以计算距目标的距离。

对于带有具有相对窄的光谱带宽的照明源的有源照明成像系统而言，可以在成像光学系统的检测器侧处使用窄带光谱过滤器，以减少对可能入射在检测器上的来自其他源（例如，太阳能或其他环境光源）的辐射的检测，而不抑制对成像系统照明源的波长下的光的检测。来自除了成像系统的源的此类光在本文中通常可以被称为背景光。

发明内容

本文中描述的一些实施例提供了包括电子电路的方法、系统和设备，所述电子电路提供了基于有源照明的成像系统，所述成像系统包括：一个或多个光发射器元件（包括半导体激光器，诸如表面发射或边缘发射激光二极管；本文中通常被称为发射器）和/或一个或多个光检测器元件（包括半导体光电检测器，诸如光电二极管，包括雪崩光电二极管和单光子雪崩检测器（SPAD）；本文中通常被称为检测器）。

根据一些实施例，一种有源照明装置包括发射源，所述发射源被配置成对视场进行照明。所述发射源包括一个或多个发射器元件，并且被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于将由此被照明的所述视场的相应部分而变化。

在一些实施例中，所述视场的相应部分可以包括相应场角，并且所述光学信号的相应波长可以包括在所述场角的一个或多个中心角处的第一波长、以及在所述场角的一个或多个外围角处的大于或小于第一波长的第二波长。

在一些实施例中，所述光学信号的相应波长可以从所述场角的一个或多个中心角到所述场角的一个或多个外围角以逐步或连续的方式减小。

在一些实施例中，所述光学信号的相应波长可以根据检测器侧光谱过滤器元件的通带中的变化而变化，所述检测器侧光谱过滤器元件被配置成接收在所述视场的相应部分上具有对应于所述光学信号的相应波长的返回信号。

在一些实施例中，所述装置可以包括被配置成对所述视场进行成像的一个或多个检测器元件，并且可以包括在所述一个或多个检测器元件的光路中的检测器侧光谱过滤器元件。所述检测器侧光谱过滤器元件可以被配置成允许具有在其通带内的相应波长的返回信号到达所述一个或多个检测器元件。

在一些实施例中，所述检测器侧光谱过滤器元件可以被配置成防止对以一个或多个中心角入射在其上的具有第一波长的返回信号的干涉，和/或防止对以一个或多个外围角入射在其上的具有第二波长的返回信号的干涉。例如，所述检测器侧光谱过滤器元件可以被配置成阻挡以一个或多个外围角入射在其上的具有第一波长的返回信号，并且可以被配置成阻挡以一个或多个中心角入射在其上的具有第二波长的返回信号。

在一些实施例中，所述发射源可以包括具有多个发射器元件的发射器阵列，所述多个发射器元件被配置成发射具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于所述发射器阵列中的发射器元件的相应空间位置而变化。所述相应空间位置可以被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

在一些实施例中，所述发射器阵列可以包括对所述发射器元件非原生的基板，并且可以基于所述光学信号的相应波长在所述相应空间位置处将所述发射器元件组装在基板上。

在一些实施例中，所述发射器元件可以被转移印刷在基板上，并且所述发射器元件中的至少一个包括剩余栓绳（tether）部分。

在一些实施例中，基于所述光学信号的相应波长，所述相应空间位置中的每一个可以包括对应于相同的仓（bin）或相同波长范围的所述发射器元件的子集。

在一些实施例中，所述发射器元件可以是发光二极管或激光二极管。在一些实施例中，激光二极管可以是垂直腔体表面发射激光二极管和/或边缘发射激光二极管。

在一些实施例中，所述发射源可以包括过滤器元件，所述过滤器元件处于所述一个或多个发射器元件的光路中。所述过滤器元件可以被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长在沿着所述过滤器元件的表面的相应位置处变化。所述相应位置可以被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

在一些实施例中，所述一个或多个发射器元件可以包括一个或多个宽带光源，所述宽带光源被配置成发射具有第一波长范围内的第一波长的光学信号，并且所述过滤器元件可以被配置成输出具有比第一波长范围更窄的相应第二波长范围内的第二波长的光学信号。

在一些实施例中，所述过滤器元件可以是或者可以包括空间变化带通过滤器，所述带通过滤器沿着与所述一个或多个发射器元件的界面在其一个或多个部件之间定义非均匀间隙。

根据一些实施例，一种制造有源照明装置的方法包括提供发射源，所述发射源被配置成对视场进行照明。所述发射源包括一个或多个发射器元件，并且被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于将由此被照明的所述视场的相应部分而变化。

在一些实施例中，提供所述发射源可以包括：形成具有多个发射器元件的发射器阵列，所述多个发射器元件被配置成发射具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于所述发射器阵列中的发射器元件的相应空间位置而变化，其中所述相应空间位置可以被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

在一些实施例中，形成所述发射器阵列可以包括：提供对所述发射器元件非原生的基板；以及基于将由此发射的所述光学信号的相应波长在所述相应空间位置处将所述发射器元件组装在基板上。

在一些实施例中，组装所述发射器元件可以包括：将所述发射器元件转移印刷在基板上，并且所述发射器元件中的至少一个可以包括剩余栓绳部分。

在一些实施例中，基于所述光学信号的相应波长，所述相应空间位置中的每一个可以包括对应于相同的仓或相同波长范围的所述发射器元件的子集。

在一些实施例中，提供所述发射源可以包括：在所述一个或多个发射器元件的光路中提供过滤器元件。所述过滤器元件可以被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长在沿着所述过滤器元件的表面的相应位置处变化，并且所述相应位置可以被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

在一些实施例中，所述一个或多个发射器元件可以包括一个或多个宽带光源，所述宽带光源被配置成发射具有第一波长范围内的第一波长的光学信号，并且所述过滤器元件可以被配置成输出具有比第一波长范围更窄的相应第二波长范围内的第二波长的光学信号。

在一些实施例中，所述方法可以进一步包括提供检测模块，所述检测模块具有一个或多个检测器元件、以及在所述一个或多个检测器元件的光路中的检测器侧光谱过滤器元件，所述检测器元件被配置成接收在所述视场的相应部分上具有对应于所述光学信号的相应波长的返回信号。所述光学信号的相应波长可以根据所述检测器侧光谱过滤器元件的通带中的变化而变化。

在一些实施例中，所述视场的相应部分可以包括相应场角。所述光学信号的相应波长可以包括在所述场角的一个或多个中心角处的第一波长、以及在所述场角的一个或多个外围角处的大于或小于第一波长的第二波长。所述检测器侧光谱过滤器元件可以被配置成阻挡以一个或多个外围角入射在其上的具有第一波长的返回信号，并且可以被配置成阻挡以一个或多个中心角入射在其上的具有第二波长的返回信号。

根据一些实施例，一种基于有源照明的成像装置包括：发射源和检测模块。所述发射源包括被配置成输出光学信号以对视场进行照明的一个或多个发射器元件，并且所述检测模块包括被配置成对所述视场进行成像的一个或多个检测器元件。所述发射源被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长根据所述检测模块针对相应场角的光学特性中的变化而在所述视场的相应场角上变化。

在一些实施例中，所述相应波长可以包括在所述场角的一个或多个中心角处的第一波长、以及在所述场角的一个或多个外围角处的大于或小于第一波长的第二波长。

在一些实施例中，所述相应波长可以从所述场角的一个或多个中心角到所述场角的一个或多个外围角以逐步或连续的方式减小。

在一些实施例中，所述检测模块可以进一步包括光谱过滤器元件，所述光谱过滤器元件处于所述一个或多个检测器元件的光路中，并且被配置成允许具有其通带内的相应波长的返回信号到达所述一个或多个检测器元件。所述检测模块的光学特性可以包括所述光谱过滤器元件针对相应场角的通带。

在一些实施例中，所述光谱过滤器元件可以被配置成阻挡以一个或多个外围角入射在其上的具有第一波长的返回信号，并且可以被配置成阻挡以一个或多个中心角入射在其上的具有第二波长的返回信号。

在一些实施例中，所述发射源可以包括发射器阵列，所述发射器阵列包括多个发射器元件，所述发射器元件被配置成发射具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于所述发射器阵列中的发射器元件的相应空间位置而变化，其中所述相应空间位置被布置成对相应场角进行照明。另外地或替代地，所述发射源可以包括过滤器元件，所述过滤器元件处于所述一个或多个发射器元件的光路中，并且被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长在沿着所述过滤器元件的表面的相应位置处变化，其中所述相应位置被布置成对相应场角进行照明。

在一些实施例中，至少一个控制电路可以被配置成控制所述发射源和/或所述检测模块（例如，通过控制其相应的温度），以改变相应场角上的所述光学信号的相应波长和/或控制所述检测模块针对相应场角的光学特性中的变化。

在审阅以下附图和详细描述时，根据一些实施例的其他设备、装置和/或方法对于本领域技术人员来说将变得明显。所意图的是，除了上面实施例的任何和所有组合之外，所有此类另外的实施例要被包括在本说明书中，在本发明的范围内，并且被附随的权利要求所保护。

附图说明

图1是图示了根据本公开的一些实施例的示例lidar系统或电路的框图。

图2A和2B是图示了根据本公开的一些实施例的对视场进行照明以提供发射波长中的场角相关变化的示例的示意图。

图3A和3B图示了根据本公开的一些实施例的包括发射器的发射器阵列，该发射器被配置成根据该阵列中的位置来输出具有不同发射波长的相应光学信号。

图3C图示了根据本公开的一些实施例的包括一个或多个发射器的发射源，该一个或多个发射器具有发射器侧过滤器元件，该发射器侧过滤器元件被配置成输出具有随场角变化的发射波长的相应光学信号。

图4A和图4B图示了根据本公开的一些实施例的检测器侧过滤器元件和一个或多个检测器的示例实现方式，该检测器侧过滤器元件被配置成选择性地接受具有随场角变化的发射波长的相应光学信号，该一个或多个检测器被配置成对视场进行成像。

图5是图示了根据本公开的一些实施例的有源照明系统的示例操作的框图，该有源照明系统包括发射源和检测模块，该发射源和检测模块被配置成基于发射波长中的场角或位置相关变化来操作。图6A是图示了根据本公开的一些实施例的与发射源的操作相协调的检测器侧过滤器的示例通带特性的图解。

图6B是图示了根据本公开的一些进一步实施例的与发射源的操作相协调的检测器侧过滤器的示例通带特性的图解。

图6C是图示了根据本公开的更进一步的实施例的与发射源的操作相协调的检测器侧过滤器的示例通带特性的图解。

图7是图示了随着入射角的检测器侧过滤器的通带中的预期移动的示例的图解。

图8是图示了示例干涉类型检测器侧过滤器的随着入射角的通带中的差异或移动的图解。

图9是图示了视场上的过滤器直径要求中的差异的图解。

图10A和10B是图示了与在孔径光阑（aperture stop）处使用过滤器相比减小光学系统的场或光瞳角（pupil angle）的影响以及检测器侧过滤器大小中的对应改变的图解。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在一些实例中，没有详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免使本公开含糊难懂。所意图的是，本文中公开的所有实施例都可以单独地实现、或者以任何方式和/或组合来组合。关于一个实施例描述的方面可以被并入在不同的实施例中，尽管没有关于其具体地描述。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合来组合。

本文中参考lidar应用和系统描述了本公开的一些实施例。lidar系统可以包括发射器阵列和检测器阵列，或者具有单个发射器和检测器阵列的系统，或者具有发射器阵列和单个检测器的系统。如本文中所描述，一个或多个发射器可以定义发射器单元，并且一个或多个检测器可以定义检测器像素。闪光（flash）lidar系统可以通过在视场或场景上从发射器元件的阵列或阵列子集针对短持续时间发光（脉冲）来获取图像。非闪光或扫描lidar系统可以通过在视场或场景上（连续地）对光发射进行光栅扫描来生成图像帧，例如，使用点扫描或线扫描来发射每个点所必要的功率，并且顺序地扫描以重构整个视场。

虽然本文中主要参考lidar系统中的应用进行了描述，但是将理解的是，本公开的实施例决不被限制到lidar应用。例如，本公开的实施例可以被用于安全性相机（例如，使用红外（IR）照明以用于在黑暗中成像）、军事应用（例如，在导弹制导中）和/或使用有源照明（例如，以防止照明源的致盲）的其他成像系统中，无论是在可见波长范围中还是在可见光谱之外（例如，基于IR的成像）。更一般地，本公开的实施例可以被应用于其中可能需要去除非有源照明或能量的任何有源照明系统。

图1中示出了包括可以根据本公开的实施例操作的有源照明系统的LIDAR应用中的ToF测量系统或电路100的示例。lidar系统或电路100包括控制电路105和定时发生器或驱动器电路116，所述定时发生器或驱动器电路116控制照明或发射源15（被图示为包括包含多个发射器115e的发射器阵列115）和检测模块10（被图示为包括包含多个检测器110d的检测器阵列110）的定时。检测器110d包括飞行时间传感器（例如，单光子检测器阵列，诸如SPAD）。发射器阵列115的一个或多个发射器元件115e可以定义发射器单元，所述发射器单元以由定时发生器或驱动器电路116控制的时间和频率来分别发射光学照明脉冲或连续波信号（本文中通常被称为光学信号、发射器信号或光发射）。在特定实施例中，发射器115e可以是脉冲光源，诸如LED或激光器（诸如，垂直腔体表面发射激光器（VCSEL））。光学信号从目标150反射回来，并且由检测器阵列110的一个或多个检测器元件110d所定义的检测器像素所感测。控制电路105可以实现像素处理器，该像素处理器使用直接或间接TOF测量技术来测量和/或计算照明脉冲在从发射器阵列115到目标150并且回到检测器阵列110的检测器110d的行程上的飞行时间。

驱动器电子器件116可以每个对应于一个或多个发射器元件，并且可以每个响应于参考主时钟的定时控制信号和/或功率控制信号而操作，该功率控制信号例如通过控制到发射器元件115e的峰值驱动电流来控制由发射器元件115e输出的光的峰值功率。在一些实施例中，发射器阵列115中发射器元件115e的每一个连接到相应驱动器电路116并由其控制。在其他实施例中，发射器阵列115中的发射器元件115e的相应群组（例如，彼此空间邻近的发射器元件115e）可以连接到相同的驱动器电路116。驱动器电路或电路116可以包括一个或多个驱动器晶体管，该驱动器晶体管被配置成控制从发射器115e输出的光学信号（也被称为光学发射信号）的调制频率、定时和幅度/功率水平。

还图示了发射器侧过滤器元件113（例如，法布里-珀罗干涉仪）、漫射器114和棱镜或光栅214（本文中通常被称为照明光学器件），例如，以增加和/或定制发射器阵列115的视场上的光输出。照明光学器件可以被配置成提供来自发射器元件115e的光输出的足够低的光束发散度，以便确保个体发射器元件115e或发射器元件115e群组的照明的场不会显著地重叠，并且还提供来自发射器元件115e的光输出的足够大的光束发散度，以向观察者提供眼睛安全性。

使用包括检测器阵列110的接收器/检测模块或电路10来执行对从（多个）目标150反射的光的感测或检测，所述（多个）目标150由从发射器元件115e输出的光所照明。在一些实施例中，检测器阵列110包括检测器像素阵列（其中每个检测器像素包括一个或多个检测器110d，例如单光子检测器，诸如单光子雪崩二极管（SPAD））。基于SPAD的检测器阵列可以用作成像应用中的固态检测器，在所述成像应用中，期望高灵敏度和定时分辨率。接收器光学器件112（例如，用于收集FOV 190上的光的一个或多个透镜）和接收器电子器件（包括定时电路106）被配置成对检测器阵列110的全部或部分进行供电、启用和禁用，并且向其提供定时信号。检测器像素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、按组可寻址和/或全局可寻址的。接收器光学器件112可以包括：被配置成收集来自可以由lidar系统成像的最大FOV 190的光的微距透镜（macro lens）、用于改进检测像素的收集效率的微透镜（microlenses）、和/或用于减少或防止检测到杂散光的抗反射性涂层。

检测器阵列110的检测器110d连接到定时电路106。定时电路106可以被锁相到发射器阵列115的驱动器电路116。可以控制每一个检测器110d或检测器群组的灵敏度。例如，当检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（Geiger-mode）雪崩二极管（SPAD）时，可以调整反向偏置，由此，过偏置越高，灵敏度就越高。当检测器元件110d包括诸如CCD、CMOS光闸和/或光子混合器件（pmd）之类的积分器件（integrating device）时，可以调整电荷积分时间，使得更长的积分时间转化成更高的灵敏度。

如图1中所示，可以在（多个）检测器110d的光路中提供光谱过滤器111（本文中也被称为检测器侧过滤器元件或过滤器）。检测器侧过滤器111可以允许对应于从发射器115e输出的光发射的（多个）波长范围的“信号”光传递通过至（多个）检测器110d（即，允许对应于检测器侧过滤器111的通带的光的通过），并且阻挡或防止非信号光或背景光（其波长不同于从发射器输出的光学信号的波长，其在检测器侧过滤器111的通带之外）通过。因此，检测器侧过滤器111的通带尽可能窄可能是有利的，以便增加或最大化背景光抑制。

来自发射器115e中的一个或多个的光发射撞击在一个或多个目标150上并被所述一个或多个目标150反射，并且反射光由检测器110d中的一个或多个（例如，经由一个或多个透镜112、镜子、和/或检测器侧过滤器元件111，本文中通常被称为收集光学器件）检测为光学信号（本文中也被称为返回信号、回波信号或回波），被转换成电信号表示，并且被处理（例如，基于飞行时间）以定义视场190的3-D点云表示170。发射场将波长映射到相对于发射源15的法线或光轴的角度。在一些实施例中，发射源15可以包括：多于一个发射器元件115e，每个具有不同的发射波长；漫射器114，其被配置成充分地均匀化从发射器元件115e输出的组合光谱的发射场；光学元件214（诸如，棱镜或光栅），其被配置成在视场190上以不同方向或角度来引导不同的光谱分量或波长；以及可选地，另外的光学器件，其控制发射光束/光学信号的发散角。在本文中描述的实施例中，光束/光学信号的发散角可以被维持足够窄，使得在远场中维持波长到角度映射，同时仍然维持眼睛安全性。根据本公开实施例的lidar系统100的操作可以由一个或多个处理器或控制器（诸如，图1中所示的控制电路105）来执行。

本文中描述的一些实施例可以产生于以下认识：即，当检测器侧过滤器111被用于（多个）检测器110d的光路中时，检测器侧过滤器111的通带中可能随着光在其上的入射角而存在移动。例如，对于干涉类型检测器侧过滤器（例如，跨过滤器孔径具有相同通带的扁平介电过滤器），通带中的移动可能是由于随着入射角而改变的通过检测器侧过滤器材料的路径长度。也就是说，被允许传递通过检测器侧过滤器111以便由（多个）检测器110d检测的光的波长可以随着过滤器111的表面上的入射光的角度（本文中也被称为入射角或入射角度（AOI））而变化。如本文中所描述，过滤器111处或过滤器111上的入射角相对于过滤器111的光轴（其可以正交于过滤器111的表面）来定义。

特别地，当准直光束的角度倾斜远离光学干涉过滤器的法向表面（normalsurface）时，透射光谱可以是“蓝色移动”的，即光谱特征可以移动到更短的波长。这个角度移动随着入射角的增加而变得更加明显，并且可以在准直光中以及针对相对小的入射角使用以下公式来计算这个角度移动：

其中

是对应于以入射角θ的感兴趣特征的波长；

是对应于以法向入射的感兴趣特征的波长；n _o 是入射介质的折射率；以及n _eff 是光学过滤器的有效折射率。在一些实施例中，对象可以近似成处于无穷，从对象以角度θ（3-D FoV中的方位角）到达的反射光只有在反射光的波长满足上述等式的情况下才将透射通过过滤器。

图7是图示了随着入射角的检测器侧过滤器的通带中的预期移动的示例的图解。如图7的示例中所示，具有1.75的有效折射率的检测器侧过滤器具有大约5纳米（nm）的通带705（其中通带705被定义在下部曲线/起始波长（cut on wavelength）701与上部曲线/截止波长（cut off wavelength）702之间），该通带705在0度入射角处以937nm为中心。起始波长701与截止波长702之间的区域图示了检测器侧过滤器在0至10度入射角范围上的通带中的改变。图7还图示了从发射源输出的2nm宽的光学信号715的发射带宽，其中心波长大约为937nm。如图7中所示，在大约±6度（或者如果该源和起始波长更靠近在一起则为±7度）的入射角以上，从发射源输出的光学信号715开始被过滤器所衰减。

图8是图示了随着入射角的示例干涉类型检测器侧过滤器的通带中的差异或移动的图解。特别地，图8图示了波长对比光透射量，以图示示例干涉类型检测器侧过滤器在两个入射角（角度1 801和角度2 802）处的通带中的典型差异或移动。如图8中所示，具有由虚线指示的波长（例如，大约937nm的波长）的入射光815如果相对于过滤器的光轴以角度2802入射则可能不会通过过滤器，这是由于在角度2 802对比角度1 801处的通带中的±6至7度移动。

如上面所指出的，检测器侧过滤器的通带尽可能窄可能是有利的，以便增加或最大化背景光抑制。为了确保检测器侧过滤器的通带适当地窄以用于阻挡背景光，光学系统中的光束大小可以被放大（例如，使用另外的透镜/收集光学器件）以减小检测器侧过滤器表面处的入射角。然而，对于具有大入口孔径和大视场的系统，这个光束放大可能导致过滤器孔径（以及因此整个光学系统）变得在大小方面过分地大。例如，如果成像系统具有视场θ、以及针对期望f数（即，焦距与入口孔径直径的比率，被表示为f/n）和放大率的入口孔径a，并且过滤器接受角为

，则过滤器孔径F直径尺度为：

图9是图示了针对a=25mm入口孔径和5度的过滤器接受角从+/-10到+/-30度视场的f/1系统（即，其中f数为1）的过滤器直径F要求（以毫米（mm）为单位）的图解。

图10A和10B是图示了与在孔径光阑1099处使用过滤器相比减小通过光学系统的检测侧的场或光瞳角的影响（以及检测器侧过滤器大小中的对应增加）的图解。在检测器侧处，场角可以指代由来自场中的点的光线相对于检测系统的光轴（其沿着图10A和10B中的y轴）所定义的角度。每个场点通常将光反射成锥角或立体角，这个立体角的一部分与光学系统（被图示为透镜1012a、1012b、1012c）相交，并且来自这个部分内的光被聚焦到该系统中的图像平面上。图像平面可以指代该系统中的使单个场角的光聚焦其中的任何平面。图像平面处的对应立体角的大小可以取决于这个图像平面处的放大率。孔径平面可以指代该系统中的如下平面：针对该平面，所有场的主光线彼此相交并与该系统的光轴相交。孔径平面处的角度范围可以取决于这个孔径平面处的光束大小的放大率。

在图10A中，包括透镜1012a、1012b、1012c和干涉过滤器1011的组合的光学系统用于产生比检测器平面（即，检测器的光接收表面）更大的中间图像平面（由在所图示的干涉过滤器1011处聚焦的光所指示），使得针对每个场位置在这个图像平面处的立体角小于检测器平面处的对应立体角。干涉过滤器1011可以以较小范围的入射角被放置在这个中间图像平面处，可以使用另外的光学器件1012b、1012c以将这个图像平面缩小（demagnify）到检测器1010上。

在图10B中，包括透镜1012a、1012b、1012c和干涉过滤器1011的组合的光学系统用于产生比进入该系统的光束直径更大的中间孔径平面（在所图示的干涉过滤器1011处），使得在这个中间孔径平面处的角度范围小于场角范围。干涉过滤器1011可以以较小的入射角范围被放置在这个中间孔径平面处，并且可以使用另外的光学器件1012c以将准直光束通过这个中间孔径聚焦到检测器1010上。

如上面所指出的，窄带介电过滤器的缺点是其窄接受角度（低数值孔径），这限制了该系统的光吞吐量。光吞吐量或展度（Etendue）（其可以基于孔径面积和数值孔径的乘积）在系统中应当被保存，以便减少能量损失。光匮乏的系统（例如，由于有限的发射器功率或对象的低反射率或对象的长距离）可能需要相对大的收集孔径。对于宽视场而言，展度也可能相对大。在过滤器平面中，数值孔径可能相对小，因此为了维持展度，可能需要非常大的过滤器孔径，从而增加了大小和费用。

本文中描述的一些实施例涉及改进利用窄通带检测器侧过滤器（例如，具有小于约15nm、小于约10nm、小于约5nm或小于约3nm的通带）的有源照明成像系统中的性能，而不限制视场，不限制该系统的数值孔径，并且不使检测器侧过滤器和光学系统变得过分地大。一些常规方法可以包括使用合适的吸收过滤器、减小视场、减小该系统的数值孔径、增加过滤器的孔径大小和/或使用弯曲的过滤器基板。

相比之下，本文中描述的一些实施例可以通过配置光学发射源15（包括但不限于发射器阵列115的发射器元件115e和/或其他发射器侧光学元件，包括发射器侧透镜和/或发射器侧过滤器113）使得从发射源15输出的照明波长（本文中也被称为发射波长）随着视场上的角度而变化来解决上述和/或其他问题，在一些实施例中，该变化基于针对视场上的对应角度的光学检测模块10（包括但不限于检测器侧透镜112、检测器侧过滤器111和/或其他检测侧光学元件）的光学特性中的变化（例如，通带中的变化）。如本文中所描述，该视场可以指代由发射源所照明的和/或由检测模块相对于发射源和/或检测模块的相应光轴所成像的角度范围（例如，180度）。FOV可以包括相对于发射源和/或检测模块的光轴的相应角度（本文中也被称为“场角”）以及包括场角中的一个或多个的角度范围或子范围。

在一些实施例中，从发射源输出的光的波长可以被配置成在FOV的每个场角处变化，如图2A和2B中所示，以便匹配或以其他方式对应于针对FOV的那个场角的检测器侧过滤器的通带，例如通过在发射器阵列的不同部分中布置输出不同波长的光的发射器。用于形成波长定向发射源的一些方法和设备在图3A和3B中以示例的方式示出。多个足够小的发射源被放置在透镜的焦平面f处。从每个发射器315e'、315e''发出的光线将被透镜314准直，其中主光线角度对应于每个发射器315e'、315e''离光轴的距离。例如，如果发射器是VCSEL并且中心VCSEL的波长比外围VCSEL的波长更长，则将利用具有比外围方向更长的波长的光学信号对0度方向进行照明。

通过在发射器阵列315c的光路中布置一个或多个光学元件313（诸如，空间变化带通过滤器元件），用于形成波长定向发射源的其他方法和设备在图3C中以示例的方式示出。此类过滤器元件可能是较不能量高效的，这是因为该过滤器元件可能无法使光透射到过滤器通带之外。在另一实施例中，光学元件313可以是棱镜、衍射光栅、或放置在发射器315c的光路中的另一类似元件，使得不同的光谱分量被引导到不同的方向，并且感兴趣的光谱带内的所有能量被用于对目标进行照明。如下面所解释的，光谱分布可以关于接收器或检测模块的光轴而是对称的。

在本文中描述的一些实施例中，发射源可以被配置成输出具有遵循上面讨论的角度移动等式的角度相关光谱的光学信号，使得发射角度光谱与检测器侧过滤器的角度光谱匹配，从而有效地增加检测器侧过滤器的接受角度。因此，与针对视场的所有场或部分具有固定发射波长的系统相比，可以针对相同的过滤器带宽（例如，相同的通带）使得检测器侧过滤器孔径更小。照明波长中的这个变化可以是连续的，或者可以在不同波长步进（wavelength step）的带或区的情况下是离散的。

在一些实施例中，检测器侧过滤器的通带可以被配置成变化，以便匹配或以其他方式对应于在FOV的每个场角处从发射源输出的光的波长。也就是说，检测器侧过滤器可以被配置和定位成透射在波长和方向之间具有与从发射源输出的光相同的对应的光。例如，如图4A和图4B中所示，具有随着不同入射角而变化的通带的光谱过滤器元件411可以独立于来自发射源的光的变化的波长来使用、或者与来自发射源的光的变化的波长结合地使用，使得在FOV的每个场角处的光可以匹配或者以其他方式对应于针对FOV的那个场角的检测器侧过滤器的变化的通带。

图2A和2B是图示了根据本文中描述的实施例的对视场进行照明以提供发射波长中的场角相关变化的示例的示意图。特别地，图2A图示了发射源215a，所述发射源215a被配置成提供FOV 290的相应场角上的发射波长（包括相应发射波长λ1、λ2、λ3）的离散或逐步变化，而图2B图示了发射源215b，所述发射源215b被配置成提供FOV 290上的发射波长随着场角的连续变化（其中阴影图示了λ1至λ3的波长范围之间的连续变化）。发射波长中的逐步变化或者连续变化可以机械地和/或光学地实现。例如，在一些实施例中，发射波长中的离散或逐步变化可以机械地实现，例如通过布置发射器115e的相应群组以对FOV 290的相应部分或场角进行照明，其中每个发射器115e被配置成发射具有发射波长λ1、λ2、λ3中的相应波长的光。在一些实施例中，在FOV 290上的发射波长中的连续变化可以光学地实现，例如通过在（多个）发射器115e的光路中布置空间变化带通过滤器。发射源215a、215b可以包括或以其他方式表示图1的发射源113、114和/或115中的一个或多个。

在图2A和2B中，发射源215a、215b发射：在FOV的中心角或部分上具有波长λ1的光、在FOV的外围角或部分上具有波长λ3的光、以及在中心角与外围角之间的FOV的角度或部分上具有波长λ2的光。波长λ1可以大于波长λ2，并且波长λ2可以大于波长λ3。由发射源215a、215b提供的发射波长中的场角相关变化可以基于检测器侧过滤器（例如，图1的过滤器111）的场角相关通带特性来选择、或者可以以其他方式对应于所述检测器侧过滤器的场角相关通带特性。仅通过示例的方式图示了三个发射波长λ1、λ2、λ3，并且将理解的是，本公开的实施例可以包括被配置成输出在期望发射波长范围上随着场角变化的光发射的更少或更多波长的发射源。

图3A和3B图示了根据本文中描述的一些实施例的发射源，该发射源包括发射器阵列315a，该发射器阵列315a包括发射器315e和光学元件314，该发射器315e和光学元件314被配置成根据阵列315a中的位置来输出具有不同发射波长的相应光学信号。发射器阵列315a和发射器315e可以包括或以其他方式表示图1的发射器阵列115和发射器115e。特别地，图3A和3B可以图示发射源215a的示例实现方式，所述发射源215a提供了图2A中所示的发射波长中的离散变化。

如图3A中所示，发射器阵列315a包括多个发射器元件315e'、315e''、315e'''（统称为315e），其被布置成输出具有相应波长的相应光学信号，该相应波长基于发射器阵列315a中的发射器元件315e的相应空间位置301、302、303而不同。特别地，被配置成输出第一波长λ1的光学信号的发射器315e'被布置在发射器阵列315a的中心或第一区域301中的位置处；被配置成输出第二波长λ2的光学信号的发射器315e''被布置在发射器阵列315a的第二区域302中的位置处，该第二区域302处于第一区域301的外围；并且被配置成输出第三波长λ3的光学信号的发射器315e'''被布置在发射器阵列315a的第三区域303中的位置处，该第三区域303处于第二区域302和第一区域301的外围。

发射器元件315e被组装或以其他方式布置在发射器阵列315a中的空间位置301、302、303处，使得不同的发射波长λ1、λ2、λ3在空间位置301、302、303被布置成对其进行照明的视场的部分或角度上变化，例如以便对应于检测器侧光谱过滤器（诸如，图1的过滤器111）的通带在由检测器（诸如，图1的检测模块10）所成像的视场的对应部分或角度上的变化。也就是说，具有不同发射特性的发射器315e'、315e''和315''可以基于检测侧光学元件的通带特性在发射器阵列315a的相应区域301、302和303处被分组和组装，使得从视场的相应部分处的目标反射的不同波长的光在对应于检测侧光学元件的通带中的变化的相应入射角处被接收。

从发射器315e输出的光的不同发射波长λ1、λ2、λ3可以单独地或以群组被测量，以用于布置在发射器阵列315a中。在一些实施例中，发射器315e可以基于它们相应的发射波长λ1、λ2、λ3被分组或“装仓”。发射器315e可以是窄带光源，其中发射波长λ1、λ2、λ3之间的差异是相对小的（例如，在彼此的几纳米之内），这是因为随着入射角增加，检测器侧过滤器的通带可能仅改变几纳米。例如，具有930-931nm的标称发射波长（在室温下）的发射器315e'可以从与发射波长λ1相关联的一个仓中提供，具有931-932nm的发射波长的发射器315e''可以从与发射波长λ2相关联的另一仓中提供，并且具有大约932-933nm的发射波长的发射器315e''可以从与发射波长λ3相关联的又一仓中提供，等等。也就是说，不同的发射波长λ1、λ2、λ3可以分别表示小于3nm、小于2nm或者甚至大约1nm或更小的波长范围。来自与发射波长λ1、λ2、λ3相关联的不同仓的发射器可以以如图3A中所示的空间布置而附接到公共基板300，并且可以在公共基板上电互连以提供发射器阵列315a。

在一些实施例中，发射器315e可以从个体晶圆或从相同晶圆上的不同位置被切割，并且可以附接并电互连到公共基板300上。也就是说，其上组装发射器315e的公共基板300可以是非原生基板，该基板不同于其上形成发射器315e的相应基板。在一些实施例中，可以使用微转移印刷（MTP）技术来拾取发射器315e并且将其放置在公共基板300上。由此，发射器315e中的一个或多个可以包括在MTP过程之前将发射器315e预先锚定到源基板或晶圆的剩余栓绳部分。在授予Burroughs等人的美国专利申请公布号2018/0301872中描述了使用此类MTP技术来制造发射器阵列，其公开内容通过引用整体地并入本文中。在一些实施例中，发射器315e可以首先附接到诸如印刷电路板之类的基板，并且然后以如图3A中所示的空间布置被放置在公共基板300上，并且电连接到驱动器/控制电路和电源。

在一些实施例中，发射器阵列315a可以包括发光二极管阵列作为发射器315e。在一些实施例中，发射器阵列315a可以包括垂直腔体表面发射激光器（VCSEL）的阵列作为发射器315e。在一些实施例中，发射器阵列315a可以包括侧面或边缘发射激光二极管的阵列作为发射器315e。在发射器315e是VCSEL或LED的情况下，相应的发射波长可以在晶圆级上或晶圆级处被映射到发射器315e，例如使用晶圆探针系统来确定每个发射器315e的相应发射波长。

如图3B中所示，发射器（为了便于说明，参考两个发射器315e'、315e''来示出）被布置在透镜314的焦平面f处。从每个发射器315e'、315e''发射的光学信号被透镜314准直，其中主光线角度对应于每个发射器315e'、315e''离光轴317的距离。例如，在发射器315e'、315e''是VCSEL并且在中心布置的VCSEL 315e'的波长比外围VCSEL 315e''的波长更长的情况下，可以利用波长（λ1）的光学信号对0度方向进行照明，该波长（λ1）比被输出以对一个或多个外围方向进行照明的光学信号的波长（λ2）更长。

图3C图示了根据本文中描述的一些实施例的包括一个或多个发射器315c的发射源，该发射器315c具有发射器侧过滤器元件313，该发射器侧过滤器元件313被配置成输出在FOV 390上具有随着角度变化的发射波长的相应光学信号。

（多个）发射器315c和发射器侧过滤器313可以包括或者以其他方式表示图1的发射器115e和过滤器113。特别地，图3B可以图示发射源215b的示例实现方式，所述发射源215b提供了图2B中所示的发射波长中的连续变化。（多个）发射器315c可以包括一个或多个LED、VCSEL、或上面参考发射器阵列315a描述的其他发射器。例如，在一些实施例中，（多个）发射器315c可以包括在大约8nm或更大的波长范围上提供光发射的宽带光源，而窄带光源可以在大约2nm或更小的波长范围上提供光发射。然而，将理解的是，在本文中描述的实施例中，定义了宽带对比窄带的示例范围可以取决于应用、视场和/或光发射的电磁光谱的部分而变化。例如，在其中来自（多个）发射器315c的光发射在530nm范围中的实施例中，可以使用是其中来自（多个）发射器315c的光发射在940nm范围中的实施例的1/6至1/3那样窄的发射器侧过滤器313，并且对应于宽带和窄带发射的波长范围可以不同于上面提到的那些。

在一些实施例中，发射器侧过滤器313可以是线性变化的过滤器，该过滤器被配置成提供沿着过滤器313的一个或多个维度的离散或连续变化的光谱性质。在图3C中，发射器侧过滤器313被图示为空间变化带通过滤器，例如法布里-珀罗过滤器（例如，基于来自多个离散界面的法布里-珀罗反射）和/或线性变化的皱褶过滤器（rugate filter）（例如，具有基于多孔氧化物（诸如，二氧化硅）的空间变化折射率）。在一些实施例中，过滤器313可以是多叠层或多腔体法布里-珀罗干涉仪，该干涉仪可以被配置成传输光学信号。在一个实施例中，该过滤器可以是多叠层法布里-珀罗过滤器。对于此类过滤器，来自发射器315c的入射发射器光可以以角度集合来提供，并且在每个角度中，不同的波长（例如，λ1、λ2、λ3）将由过滤器313所透射。

在图3C中，示例发射器侧过滤器313被图示为法布里-珀罗干涉仪，该干涉仪包括平行反射表面313s（例如，被图示为楔形光学平面或薄镜子），在表面313s之间和/或在过滤器313与（多个）发射器315c之间定义了一个或多个间隙313g。间隙313g跨面向视场390的发射器侧过滤器313的表面而变化。发射器侧过滤器313可以被配置成透射发射波长λ1、λ2、λ3，该发射波长λ1、λ2、λ3作为跨发射源（例如，跨发射器315c的阵列）并且在视场390的对应部分上的位置的函数而变化。

如图3C中所示，空间变化带通过滤器313被配置成从（多个）发射器315c接收具有第一发射波长或波长范围λ的光学信号，并且输出具有相应波长的相应光学信号，该相应波长在视场390的相应部分/场角上作为沿着空间变化带通过滤器313的表面的位置的函数（例如，相对于空间变化过滤器313的光轴317）而变化（例如，λ1、λ2、λ3）。例如，从（多个）发射器315c输出的光学信号可以具有宽带发射波长范围λ，而空间变化带通过滤器313可以输出具有不同窄带发射波长范围λ1、λ2、λ3的相应光学信号，该不同窄带发射波长范围λ1、λ2、λ3沿着被布置成对FOV 390进行照明的过滤器313的表面而变化。

空间变化带通过滤器313的一个或多个表面313s之间的间隙或距离313g沿着其之间的界面可以是不均匀的，以提供λ1至λ3的范围上的发射波长中的变化，同时减少或防止背向反射到（多个）发射器315c的光学腔体中。因此，光发射的波长λ1至λ3可以作为位置（沿着空间变化带通过滤器313的表面）和角度（相对于光轴317）的函数而变化，使得从视场390的相应部分或角度处的目标反射的不同波长的光由检测侧光学元件以相应的入射角来接收，该入射角对应于检测侧光谱过滤器元件的通带在视场390的角度或部分上的变化。在一些实施例中，机械地实现的发射变化（例如，如由图3A的发射器阵列315所提供）可以与光学地实现的发射变化（例如，如由图3B的过滤器313所提供）组合，使得从发射器阵列315发射的光学信号的离散或逐步发射变化可以通过空间变化带通过滤器313在FOV 390上进一步变化。

图4A和图4B图示了根据本文中描述的一些实施例的检测器侧过滤器元件411、以及被配置成对视场490进行成像的一个或多个检测器410d的示例实现方式。检测器110d和检测器侧过滤器411可以包括或以其他方式表示图1的检测器110d和过滤器111。例如，检测器410d可以以阵列来布置，该阵列诸如图1的检测器阵列110。

如图4A中所示，光谱过滤器411被提供在检测器410d的光路中，并且被配置成将具有过滤器411的通带内的波长的光透射到（多个）检测器410d。因为检测器侧过滤器411的通带可以随着光在其上的入射角度（例如，相对于检测侧光学元件的光轴418）而变化，所以本文中描述的发射源（例如，如上文参考图3A和3B所描述）引导在相应场角上具有不同波长（例如，波长λ1至λ3）的光学信号，使得来自位于对应于场角的FOV 490的部分中的目标的回波信号以对应于检测器侧过滤器411的通带中的变化的入射角被接收（即，以便针对相应场角将通带中的改变与检测器侧过滤器411的入射角相匹配）。

如图4B中所示，根据本公开的实施例的检测器侧过滤器元件411由此可以被配置成基于波长（为了便于说明，参考两个波长λ1和λ2来示出）和入射方向或入射角（例如，相对于检测模块的光轴418）两者来选择性地接受（准许或允许从其中通过）或拒绝（阻止或防止从其中通过）光学信号。在图4B的示例中，检测器侧过滤器411被配置成当从视场的中心部分或角度接收或入射时透射第一波长λ1的回波信号，并且被配置成当从视场的外围部分或角度接收或入射时透射第二波长λ2的回波信号。相反地，检测器侧过滤器411被配置成当从视场的外围部分或角度接收或入射时阻挡第一波长λ1的回波信号，并且被配置成当从视场的中心部分或角度接收或入射时阻挡第二波长λ2的回波信号。根据本公开的实施例的检测器侧过滤器元件411由此可以用于提供基于方向和波长的多径消除，如下面参考图5所描述的那样。

图5是图示了根据本公开的一些实施例的有源照明系统的示例应用的框图，该有源照明系统包括发射源和检测模块，该发射源和检测模块被配置成基于发射波长中的场角或位置相关变化来操作。特别地，因为发射源可以被配置成输出具有在视场的相应部分或角度上变化的相应发射波长的光学信号，所以检测模块可以对应地被配置成选择性地接受或拒绝从视场的那些相应部分或角度接收到的相应发射波长的回波信号，这可以用于解决多径。例如，如果lidar系统100对在反射性表面550（例如，窗口）的大致附近的对象150进行照明，则从对象150反射的光可以被引导到表面550（其可以以与对象150不同的方位角被定位在视场中），并且然后被反射回到lidar系统100。在没有根据本公开的实施例的发射源和检测模块的情况下，lidar系统可以由此确定对象150处于反射性表面550的方向上并且位于比对象150与lidar系统之间的实际距离更远的距离处。

相比之下，本公开的实施例提供了具有检测器模块的基于有源照明的成像系统100，该检测器模块被配置成当从视场的与发射源利用特定波长的光学信号所照明的视场的部分或角度不同或以其他方式不与所述部分或角度相对应的部分或角度被接收时，选择性地拒绝那些特定波长的光学信号。也就是说，检测器侧过滤器可以被配置成：如果从视场的外围部分接收或入射（或者反之亦然），则抑制朝向视场的中心部分发射的波长的光学信号，从而减少或防止多径问题。

特别地，如图5的示例中所示，具有第一波长λ1的光学信号被引导朝向对象150（通过示例的方式被图示为汽车）位于其中的视场的第一（例如，中心）部分或角度，而具有第二波长λ2的光学信号被引导朝向另一反射性表面550（被图示为高反射性建筑物）位于其中的视场的第二（例如，外围）部分或角度。具有第一波长λ1的回波信号或照明光的反射从汽车150反射并且返回到lidar系统100，并且由此可以被lidar系统100用于正确地测量汽车150的方向和距离。特别地，lidar系统100的检测器侧过滤器被配置成：当从视场的中心部分或角度接收时，接受第一波长λ1的光。然而，第一波长（被指示为λ1'）的一些反射光在从视场的外围部分或角度反射到lidar系统100之前被重定向到建筑物550。在没有本公开的实施例的情况下，lidar系统可能在建筑物550的方向上并且在比汽车150和/或建筑物550更远的范围处标识视场中的外围部分中的对象。然而，在根据本公开的实施例的包括基于有源照明的成像的lidar系统100中，检测器侧过滤器被配置成接受从视场的外围部分或角度入射的第二波长λ2的光学信号，但是被配置成拒绝（由“X”图示）从视场的外围部分或角度入射的第一波长λ1'的光学信号，从而阻挡多径光λ1'。

本文中描述的基于有源照明的成像系统同样可以用于其他应用中。例如，包括发射源和检测模块的有源照明系统可以用于干扰减轻，该发射源和检测模块被配置成基于发射波长中的场角或位置相关变化来操作。特别地，因为检测模块在视场的每个方向或部分中仅对特定的、相对窄带的波长范围进行成像，所以可以显著降低检测到来自其他照明（例如，另一有源照明系统）的光学信号的可能性。

作为另一示例应用，被配置成基于如本文中描述的发射波长中的场角或位置相关变化来操作的检测模块可以用于抗有源干扰。特别地，通过在视场的每个方向或部分中仅对特定的、相对窄带的波长范围进行成像，如本文中描述的检测模块可以被配置成减少或防止有源干扰（例如，该有源干扰来自照明源，该照明源意图通过朝向检测模块发射操作波长范围中的能量来“致盲”检测模块）。此类抗有源干扰可以用于例如军事应用中。

图6A是图示了根据本公开的一些实施例的检测器侧过滤器（诸如，本文中描述的过滤器111或411）在与发射源协调地操作时的示例通带特性的图解。图6A的检测器侧过滤器可以类似于参考图7讨论的过滤器，其中下部曲线601a（起始波长）和上部曲线602a（截止波长）之间的区域图示了检测器侧过滤器的通带605a随着0至10度范围上的入射角的变化。

如图6A的示例中所示，检测器侧过滤器具有大约5纳米（nm）的通带605a（被定义在下部曲线/起始波长601a与上部曲线/截止波长602a之间），该通带605a在0度的入射角处以937nm为中心。在图6A中，根据本文中描述的实施例，发射源被配置成改变视场上的光学信号615a、615a'的发射波长。特别地，图6A中图示的发射源发射在对应于0和大约6度之间的检测器侧过滤器入射角的视场角上（即，在使得回波信号相对于其光轴入射在检测器侧过滤器的表面上的场角处）具有第一发射波长或范围λ1（具有大约936nm的中心波长）的光学信号615a、以及针对大约6和10度之间的检测器侧过滤器入射角具有第二发射波长或范围λ2（具有大约934nm的中心波长）的光学信号615a'。与图7的光发射715相比，根据本文中描述的一些实施例的发射源可以由此提供基于检测器侧过滤器的通带605a中的实际或预期改变而随场角变化的光发射615a、615a'，使得即使在检测器侧过滤器通带中有改变，也在FOV上维持对从目标反射的信号光的检测。

图6B是图示了根据本公开的一些进一步实施例的检测器侧过滤器（诸如，本文中描述的过滤器111或411）在与发射源协调地操作时的示例通带特性的图解。特别地，与图6A的过滤器类似，图6B的检测器侧过滤器可以具有被定义在下部曲线/起始波长601b与上部曲线/截止波长602b之间的通带605b，但是其与根据本文中描述的实施例的发射源结合地使用，该发射源被配置成提供相应角区或场角上的发射波长中的更多变化。

特别地，图6B中所图示的发射源发射光学信号615b、615b'、615b''、615b'''，所述光学信号615b、615b'、615b''、615b'''在对应于0和大约3.5度之间的检测器侧过滤器入射角的视场角上具有第一发射波长或范围λ1（具有大约937nm的中心波长）；在对应于大约3.5度和6.5度之间的检测器侧过滤器入射角的视场角上具有第二发射波长或范围λ2（具有大约935nm的中心波长）；在对应于大约6.5度和8.5度之间的检测器侧过滤器入射角的视场角上具有第三发射波长或范围λ3（具有大约934nm的中心波长）；并且在对应于大约8.5度和10度之间的检测器侧过滤器入射角的视场角上具有第四发射波长或范围λ4（具有大约933nm的中心波长）。如图6B中所示，由根据本文中描述的实施例的发射源输出的相应光学信号可以具有λ1、λ2、λ3和/或λ4的相应发射波长范围，该相应发射波长范围都基于检测器侧过滤器的通带605b中的实际或预期改变随着场角和重叠而变化（例如，在一些实施例中以大约1nm或更小而变化）。

图6C是图示了根据本公开的更进一步的实施例的检测器侧过滤器（诸如，本文中描述的过滤器111或411）在与发射源协调地操作时的示例通带特性的图解。特别地，与图6B的过滤器类似，图6C的检测器侧过滤器可以具有被定义在下部曲线/起始波长601c与上部曲线/截止波长602c之间的通带605c。通带605c被配置成对应于由发射源提供的光学信号615c的发射波长λ在相应场角上的变化。也就是说，发射源可以被配置成输出具有作为视场上的方向的函数而连续变化的波长的光学信号，并且被定义在检测器侧过滤器的起始波长601c与截止波长602c之间的通带同样可以被配置成透射每个方向与从发射源输出的光学信号615c具有相同波长的光。

因此，在本公开的一些实施例中，有源照明系统和相关的操作方法包括：发射源，其包括被配置成对FOV进行照明的一个或多个发射器元件；以及控制电路，其被配置成控制发射源的操作。发射源被配置成输出具有基于视场的相应部分或角度而变化的相应波长（例如，在视场的中心角处具有第一波长，并且在视场的外围角处具有不同于第一波长的第二波长）的光学信号，以提供发射波长中的角度相关变化。在一些实施例中，在FOV的相应场角或角范围上输出的光学信号的相应波长对应于检测模块的光学特性（例如，一个或多个检测器元件的光路中的检测器侧光谱过滤器元件的通带）中的改变，该检测模块对FOV的相应场角或角范围进行成像。相应波长可以从视场的中心角到视场的外围角以逐步或连续的方式减小。

在一些实施例中，发射器阵列被配置成输出在视场的不同角度上具有不同波长的光学信号。发射器阵列可以包括来自不同的仓或者以其他方式具有不同发射波长的发射器，该发射器附接到共同基板（在基于不同发射波长的相应空间位置处）并且电互连。发射器可以在基板上具有空间布置，使得在FOV的相应场角或角范围上输出的光学信号的相应波长对应于检测器侧光谱过滤器元件的通带中的改变，该检测器侧光谱过滤器元件对FOV的相应场角或角范围进行成像。

在一些实施例中，发射器阵列可以包括发光二极管阵列或VCSEL阵列。在一些实施例中，发射器阵列可以包括侧面或边缘发射激光二极管的阵列。对于VCSEL或LED，在一些实施例中，相应的发射波长在晶圆上或以其他方式在晶圆级处（即，在切割或单体化之前）被映射到发射器元件。

在一些实施例中，在发射器阵列的光路中插入或以其他方式提供空间变化带通过滤器元件。一个或多个发射器可以是一个或多个宽带光源。在一些实施例中，空间变化带通过滤器元件中的一个或多个元件之间的间隙或距离可以沿着其之间的界面或者以其它方式沿着发射器阵列的表面是可变的或不均匀的，并且该过滤器可以被配置成透射具有作为跨阵列的位置的函数而变化的相应波长的光学信号，使得在FOV的相应场角或角范围上输出的光学信号的相应波长对应于检测器侧光谱过滤器元件的通带中的改变，该检测器侧光谱过滤器元件对FOV的相应场角或角范围进行成像。在一些实施例中，空间变化带通过滤器元件可以是具有跨阵列而变化的间隙的法布里-珀罗干涉仪。

在一些实施例中，在被配置成对视场进行成像的检测器或检测器阵列的光学路径中插入或以其他方式提供光谱过滤器元件，使得移除足够的背景光以在ToF传感器中实现足够高的信噪比。检测器阵列可以包括一个或多个检测器元件，所述检测器元件被配置成响应于由光谱过滤器元件向其提供的光而输出相应的检测信号。

在一些实施例中，检测器侧光谱过滤器元件可以是包含发射波长的带通过滤器。也就是说，光谱过滤器元件可以被配置成允许包含从lidar发射器元件输出的光学信号的相应波长的波长范围的光传递通过其中以到达检测器阵列，并且减少或阻挡或防止具有除了从发射器元件输出的相应波长之外的波长的光学信号的通过。光谱过滤器元件可以具有基本上扁平或平坦的表面，所述表面可以对应于检测器的一个或多个表面。光谱过滤器元件的通带可以随着其上的光的入射角而变化，并且在视场的相应部分上变化的相应波长可以基于它们被引导到的视场的相应部分而在空间上对应于光谱过滤器元件的通带。

在一些实施例中，一个或多个控制电路可以被配置成提供视场的相应部分或角度上的发射源的发射波长中的变化。例如，一个或多个控制电路可以被配置成控制发射源的一个或多个区域（例如，发射器阵列的个体行和/或列）处的温度，以针对视场的对应部分或角度提供期望的波长移动（例如，从定位在相应区域处的发射器输出的光学信号的温度相关波长移动）。例如，加热和/或冷却元件（例如，热电元件）可以被提供在发射源的一个或多个区域处，并且响应于来自（多个）控制电路的信号而被主动地控制，以更改相应的温度和/或提供区域之间的温度梯度。在一些实施例中，（多个）控制电路可以被配置成单独地控制每个发射器的温度。在一些实施例中，（多个）控制电路可以被配置成在发射器阵列的第一区域处维持基本恒定的基线温度，并且提供从第一区域到发射器阵列的一个或多个其他区域的温度梯度。在一些实施例中，可以允许发射源的基线温度漂移，但是（多个）控制电路可以被配置成控制来自基线温度的温度梯度，并且可以进一步被配置成控制检测器侧过滤器元件的检测模块的通带特性（例如，通过控制中心波长或以法向入射的波长）（例如，通过控制检测器侧过滤器的温度）以跟踪温度相关的基线发射器波长。

根据本文中描述的实施例的提供了照明波长随着场角的变化的发射源的一些益处可以包括：用于有源照明成像系统的成像光学器件的大小和/或成本中的减少，该有源照明成像系统可以使用检测器侧光谱过滤来使背景光衰减。因此，本文中描述的特定实施例可以在包括过滤器以减少背景光的系统的操作方面提供优点，同时减少和/或避免来自发射源的辐射的衰减。

本文中描述的lidar系统和阵列可以应用于ADAS（高级驾驶员辅助系统）、自主交通工具、UAV（无人驾驶飞行器）、工业自动化、机器人学、生物统计学、建模、增强现实和虚拟现实、3D地图绘制（mapping）、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体表面发射激光器（VCSEL）。在一些实施例中，发射器阵列可以包括其上具有成千上万个串联和/或并联电连接的分立发射器元件的非原生基板，其中驱动器电路由集成在邻近发射器阵列的相应行和/或列的非原生基板上的驱动器晶体管来实现，如例如在授予Burroughs等人的美国专利申请公布号2018/0301872中所描述的那样。

本文中已经参考其中示出了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来具体实施，并且不应当被解释为限制到本文中阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的概念。对示例性实施例的各种修改以及本文中描述的一般原理和特征将是显而易见的。在附图中，层和区域的大小和相对大小没有按比例示出，并且在一些实例中为了清楚起见可能被夸大。

主要就在特定实现方式中提供的特定方法和设备来描述示例实施例。然而，所述方法和设备可以在其他实现方式中有效地操作。诸如“示例实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”之类的短语可以指代相同或不同的实施例以及多个实施例。将关于具有某些部件的系统和/或设备来描述实施例。然而，所述系统和/或设备可以包括比所示部件更少或另外的部件，并且在不脱离本发明概念的范围的情况下，可以作出部件的布置和类型方面的变化。还将在具有某些步骤或操作的特定方法的上下文中描述示例实施例。然而，对于具有不同和/或另外的步骤/操作以及以不同次序的步骤/操作的其他方法而言，所述方法和设备可以有效地操作，其与示例实施例并不前后矛盾。因此，本发明的概念并不意图被限制到所示的实施例，而是被给予与本文中描述的原理和特征一致的最宽范围。

将理解的是，当元件被称为或示出为在另一元件“上”、“连接”到另一元件或“耦合”到另一元件时，它可以直接在另一元件上、连接到另一元件或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接”在另一元件“上”、“直接连接”到另一元件或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。

还将理解的是，虽然术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

此外，诸如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”之类的相对术语在本文中可以用于描述如各图中图示的一个元件与另一元件的关系。将理解的是，除了各图中所描绘的取向之外，相关术语意图涵盖设备的不同取向。例如，如果各图中的一个中的设备被翻转，则被描述为处于其他元件“下部”侧上的元件将被定向在其他元件的“上部”侧上。因此，示例性术语“下部”可以涵盖“下部”和“上部”两者的取向，这取决于该图的特定取向。类似地，如果各图中的一个中的设备被翻转，则被描述为在其他元件“下方”或“下面”的元件将被定向成在其他元件“上方”。因此，示例性术语“下方”或“下面”可以涵盖上方和下方两者的取向。

在本文中的发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图限制本发明。如在本发明的描述和所附权利要求中所使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”还意图包括复数形式，除非上下文另行明确指示。

还将理解的是，本文中使用的术语“和/或”指代并涵盖一个或多个相关联的所列项目的任何和所有可能的组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指定所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。

本文中参考作为本发明的理想化实施例（和中间结构）的示意性图示的图示来描述本发明的实施例。由此，由于例如制造技术和/或容差，将预期来自所述图示的形状的变化。因此，各图中所图示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不意图图示设备的区域的实际形状，并且不意图限制本发明的范围。

除非另行定义，否则在公开本发明的实施例中使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，并且不一定被限制到在描述本发明时已知的特定定义。因此，这些术语可以包括此类时间之后创建的等效术语。将进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的术语之类的术语应当被解释为具有与它们在本说明书中和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确如此定义，否则将不会以理想化或过度正式的意义来解释。本文中提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考通过引用整体地并入。

结合上面的描述和附图，本文中已经公开了许多不同的实施例。将理解的是，在字面上描述和说明这些实施例的每个组合和子集合将是过度重复和模糊的。因此，包括附图的本说明书应被解释成构成对本文中描述的本发明的实施例的所有组合和子组合、以及制作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或子组合的权利要求。

虽然本文中已经参考各种实施例描述了本发明，但是将领会的是，在本发明的原理的范围和精神内可以进行进一步的变化和修改。虽然采用了特定术语，但是它们仅以一般和描述性的意义来使用，并且不是用于限制的目的，本发明的范围在以下权利要求中阐述。

Claims (32)

1.一种有源照明装置，包括：

发射源，其被配置成对视场进行照明，所述发射源包括一个或多个发射器元件，

其中所述发射源被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于将由此被照明的所述视场的相应部分而变化。

2.根据权利要求1所述的有源照明装置，其中所述视场的相应部分包括相应场角，并且其中所述光学信号的相应波长包括在所述场角的一个或多个中心角处的第一波长、以及在所述场角的一个或多个外围角处的大于或小于所述第一波长的第二波长。

3.根据权利要求2所述的有源照明装置，其中所述光学信号的相应波长从所述场角的一个或多个中心角到所述场角的一个或多个外围角以逐步或连续的方式减小。

4.根据权利要求2所述的有源照明装置，其中所述光学信号的相应波长根据检测器侧光谱过滤器元件的通带中的变化而变化，所述检测器侧光谱过滤器元件被配置成接收在所述视场的相应部分上具有对应于所述光学信号的相应波长的返回信号。

5.根据权利要求4所述的有源照明装置，进一步包括：

一个或多个检测器元件，其被配置成对所述视场进行成像；以及

检测器侧光谱过滤器元件，其中所述检测器侧光谱过滤器元件处于所述一个或多个检测器元件的光路中，并且被配置成允许具有在其通带内的相应波长的返回信号到达所述一个或多个检测器元件。

6.根据权利要求5所述的有源照明装置，其中所述检测器侧光谱过滤器元件被配置成防止对以一个或多个中心角入射在其上的具有第一波长的返回信号的干涉，和/或防止对以一个或多个外围角入射在其上的具有第二波长的返回信号的干涉。

7.根据权利要求6所述的有源照明装置，其中所述检测器侧光谱过滤器元件被配置成阻挡以一个或多个外围角入射在其上的具有第一波长的返回信号，并且被配置成阻挡以一个或多个中心角入射在其上的具有第二波长的返回信号。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的有源照明装置，其中所述发射源包括：

发射器阵列，所述发射器阵列包括多个所述发射器元件，所述多个所述发射器元件被配置成发射具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于所述发射器阵列中的所述发射器元件的相应空间位置而变化，其中所述相应空间位置被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

9.根据权利要求8所述的有源照明装置，其中所述发射器阵列包括对所述发射器元件非原生的基板，并且基于所述光学信号的相应波长在所述相应空间位置处将所述发射器元件组装在所述基板上。

10.根据权利要求9所述的有源照明装置，其中所述发射器元件被转移印刷在所述基板上，并且所述发射器元件中的至少一个包括剩余栓绳部分。

11.根据权利要求8所述的有源照明装置，其中基于所述光学信号的相应波长，所述相应空间位置中的每一个包括对应于相同的仓或相同波长范围的所述发射器元件的子集。

12.根据权利要求8所述的有源照明装置，其中所述发射器元件包括发光二极管或激光二极管，可选地，其中所述激光二极管包括垂直腔体表面发射激光二极管和/或边缘发射激光二极管。

13.根据权利要求1-7中任一项所述的有源照明装置，其中所述发射源包括：

过滤器元件，其处于所述一个或多个发射器元件的光路中，并且被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长在沿着所述过滤器元件的表面的相应位置处变化，其中所述相应位置被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

14.根据权利要求13所述的有源照明装置，其中所述一个或多个发射器元件包括一个或多个宽带光源，所述一个或多个宽带光源被配置成发射具有第一波长范围内的第一波长的光学信号，并且其中所述过滤器元件被配置成输出具有比所述第一波长范围更窄的相应第二波长范围内的第二波长的光学信号。

15.根据权利要求13所述的有源照明装置，其中所述过滤器元件包括空间变化带通过滤器，所述空间变化带通过滤器沿着与所述一个或多个发射器元件的界面在其一个或多个部件之间定义非均匀间隙。

16.一种制造有源照明装置的方法，所述方法包括：

提供发射源，其被配置成对视场进行照明，所述发射源包括一个或多个发射器元件，

其中所述发射源被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于将由此被照明的所述视场的相应部分而变化。

17.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述发射源包括：

形成包括多个发射器元件的发射器阵列，所述多个发射器元件被配置成发射具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于所述发射器阵列中的发射器元件的相应空间位置而变化，其中所述相应空间位置被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

18.根据权利要求17所述的方法，其中形成所述发射器阵列包括：

提供对所述发射器元件非原生的基板；以及

基于将由此发射的所述光学信号的相应波长在所述相应空间位置处将所述发射器元件组装在所述基板上。

19.根据权利要求18所述的方法，其中组装所述发射器元件包括：将所述发射器元件转移印刷在所述基板上，并且其中所述发射器元件中的至少一个包括剩余栓绳部分。

20.根据权利要求18所述的方法，其中基于所述光学信号的相应波长，所述相应空间位置中的每一个包括对应于相同的仓或相同波长范围的所述发射器元件的子集。

21.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述发射源包括：

在所述一个或多个发射器元件的光路中提供过滤器元件，其中所述过滤器元件被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长在沿着所述过滤器元件的表面的相应位置处变化，其中所述相应位置被布置成对所述视场的相应部分进行照明。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或多个发射器元件包括一个或多个宽带光源，所述一个或多个宽带光源被配置成发射具有第一波长范围内的第一波长的光学信号，并且其中所述过滤器元件被配置成输出具有比第一波长范围更窄的相应第二波长范围内的第二波长的光学信号。

23.根据权利要求16至22中任一项所述的方法，进一步包括：

提供检测模块，所述检测模块包括一个或多个检测器元件、以及在所述一个或多个检测器元件的光路中的检测器侧光谱过滤器元件，所述检测器元件被配置成接收在所述视场的相应部分上具有对应于所述光学信号的相应波长的返回信号，

其中所述光学信号的相应波长根据所述检测器侧光谱过滤器元件的通带中的变化而变化。

24.根据权利要求23所述的方法，其中：

所述视场的相应部分包括相应场角；

所述光学信号的相应波长包括在所述场角的一个或多个中心角处的第一波长、以及在所述场角的一个或多个外围角处的大于或小于第一波长的第二波长；以及

所述检测器侧光谱过滤器元件被配置成阻挡以一个或多个外围角入射在其上的具有第一波长的返回信号，并且被配置成阻挡以一个或多个中心角入射在其上的具有第二波长的返回信号。

25.一种基于有源照明的成像装置，包括：

发射源，其包括一个或多个发射器元件，所述一个或多个发射器元件被配置成输出光学信号以对视场进行照明；以及

检测模块，其包括一个或多个检测器元件，所述一个或多个检测器元件被配置成对所述视场进行成像，

其中所述发射源被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长根据所述检测模块针对相应场角的光学特性中的变化而在所述视场的相应场角上变化。

26.根据权利要求25所述的基于有源照明的成像装置，其中所述相应波长包括在所述场角的一个或多个中心角处的第一波长、以及在所述场角的一个或多个外围角处的大于或小于第一波长的第二波长。

27.根据权利要求26所述的基于有源照明的成像装置，其中所述相应波长从所述场角的一个或多个中心角到所述场角的一个或多个外围角以逐步或连续的方式减小。

28.根据权利要求26所述的基于有源照明的成像装置，其中所述检测模块进一步包括：

光谱过滤器元件，其处于所述一个或多个检测器元件的光路中，并且被配置成允许具有其通带内的相应波长的返回信号到达所述一个或多个检测器元件，并且其中所述检测模块的光学特性包括所述光谱过滤器元件针对相应场角的通带。

29.根据权利要求28所述的基于有源照明的成像装置，其中

所述光谱过滤器元件被配置成阻挡以一个或多个外围角入射在其上的具有第一波长的返回信号，并且被配置成阻挡以一个或多个中心角入射在其上的具有第二波长的返回信号。

30.根据权利要求25-29中任一项所述的基于有源照明的成像装置，其中所述发射源包括：

发射器阵列，所述发射器阵列包括多个所述发射器元件，所述多个所述发射器元件被配置成发射具有相应波长的光学信号，所述相应波长基于所述发射器阵列中的所述发射器元件的相应空间位置而变化，其中所述相应空间位置被布置成对相应场角进行照明。

31.根据权利要求25-30中任一项所述的基于有源照明的成像装置，其中，所述发射源包括：

过滤器元件，其处于所述一个或多个发射器元件的光路中，并且被配置成输出具有相应波长的光学信号，所述相应波长在沿着所述过滤器元件的表面的相应位置处变化，其中所述相应位置被布置成对相应场角进行照明。

32.根据权利要求25-29中任一项所述的基于有源照明的成像装置，进一步包括：

至少一个控制电路，其被配置成控制所述发射源的温度以改变相应场角上的所述光学信号的相应波长，和/或控制所述检测模块的温度以提供所述检测模块针对相应场角的光学特性中的变化。

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