ES2924090T3 - Sistemas y métodos fotónicos - Google Patents
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Abstract
Sistemas y métodos para generar imágenes en el infrarrojo de onda corta (SWIR), fotodetectores con baja corriente oscura y circuitos asociados para reducir las corrientes oscuras y métodos para generar información de imagen basada en datos de una matriz de fotodetectores. Un sistema de formación de imágenes SWIR puede incluir una fuente de iluminación pulsada operativa para emitir pulsos de radiación en la banda SWIR hacia un objetivo que da como resultado una radiación reflejada desde el objetivo; (b) un receptor de imágenes que incluye una pluralidad de Ge PD operativos para detectar la radiación SWIR reflejada y un controlador, operativos para controlar la activación del receptor durante un tiempo de integración durante el cual el ruido de corriente oscura acumulado no excede el ruido de lectura independiente del tiempo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos fotónicos
Referencia cruzada a aplicaciones relacionadas
Esta solicitud está relacionada y reclama prioridad de la solicitud de patente de EE. UU. número 16/662,665 presentada el 24 de octubre de 2019, y las solicitudes de patente provisionales de EE. UU. números 63/075426, presentada el 8 de septiembre de 2020; 63/093,945, presentada el 20 de octubre de 2020; y 63/094,913 presentada el 22 de octubre de 2020.
Campo
La divulgación se refiere a sistemas fotónicos, métodos y productos de programas informáticos. Más específicamente, la divulgación se refiere a la electroóptica y los láseres utilizados en la fotónica infrarroja (IR).
Antecedentes
Los dispositivos fotodetectores tales como matrices de fotodetectores (también denominados matrices de fotosensores) incluyen una multitud de fotositos, cada uno de los cuales incluye uno o más fotodiodos para detectar la luz incidente y capacitancia para almacenar la carga proporcionada por el fotodiodo. La capacitancia se puede implementar como un condensador dedicado y/o usando la capacitancia parásita del fotodiodo, los transistores y/u otros componentes del PS. De ahora en adelante en esta descripción y por simplicidad, la expresión "dispositivo fotodetector" se reemplaza a menudo por el acrónimo "PDD" (del inglés), la expresión "matriz de fotodetectores" se reemplaza a menudo por el acrónimo "PDA" (del inglés), y el término "fotodiodo" se reemplaza a menudo por el acrónimo "PD" (del inglés).
El término "fotosito" se refiere a un solo elemento sensor de una matriz de sensores (también denominado "sensel", como en un acrónimo de las palabras "sensor" y "célula" o "sensor" y "elemento"), y se designa como "elemento sensor", "elemento fotosensor", "elemento fotodetector", etc. Más abajo, "fotosito" se reemplaza a menudo por el acrónimo "PS" (del inglés). Cada PS puede incluir uno o más PD (por ejemplo, si se implementa una matriz de filtros de color, los PD que detectan la luz de diferentes partes del espectro opcionalmente se pueden designar colectivamente como PS individual). El PS también puede incluir algunos circuitos o componentes adicionales además del PD.
La corriente oscura es un fenómeno bien conocido y, cuando se hace referencia a los PD, se refiere a una corriente eléctrica que fluye a través del PD incluso cuando no entran fotones en el dispositivo. La corriente oscura en los PD puede resultar de la generación aleatoria de electrones y huecos dentro de una región de agotamiento del PD.
En algunos casos existe la necesidad de proporcionar fotositos con fotodiodos caracterizados por una corriente oscura relativamente alta, mientras se implementan condensadores de tamaño limitado. En algunos casos existe la necesidad de proporcionar PS con PD caracterizados por una corriente oscura relativamente alta mientras se reducen los efectos de la corriente oscura en una señal de detección de salida. En los PS caracterizados por una alta acumulación de corriente oscura existe la necesidad de superar los efectos perjudiciales de la corriente oscura en los sistemas electroópticos, y sería ventajoso superarlos. De ahora en adelante y por simplicidad, el término "electroóptico" puede ser reemplazado por el acrónimo "EO".
La formación de imágenes por infrarrojos de onda corta (SWIR, por sus siglas en inglés) permite una gama de aplicaciones que son difíciles de realizar utilizando formación de imágenes de luz visible. Las aplicaciones incluyen inspección de tableros electrónicos, inspección de células solares, inspección de productos, formación de imágenes controladas, identificación y clasificación, vigilancia, antifalsificación, control de calidad de procesos y mucho más. Muchos sistemas de formación de imágenes SWIR basados en InGaAs existentes son costosos de fabricar y actualmente tienen una capacidad de fabricación limitada.
Por lo tanto, sería ventajoso poder proporcionar sistemas de formación de imágenes SWIR utilizando fotorreceptores más rentables basados en PD que se integren más fácilmente en la electrónica circundante. El documento US2016344965A1 describe un sistema de formación de imágenes y/o alcance que comprende un iluminador pulsado y al menos una matriz de formación de imágenes controladas que comprende una pluralidad de sensores de píxeles individuales, en donde al menos uno de los sensores de píxeles individuales comprende: un fotosensor configurado para convertir la luz en señales proporcionales; un almacenamiento de carga configurado para acumular, repetidamente, una pluralidad de señales convertidas por el fotosensor; un primer transistor acoplado entre un terminal de tensión de píxel y el fotosensor; un segundo transistor acoplado entre el fotosensor y el almacenamiento de carga; y un circuito de lectura acoplado entre el almacenamiento de carga y un canal de salida, en donde el sensor de píxeles individuales está configurado para llevar a cabo acumulaciones repetidas de señales varias veces por cada lectura del circuito de lectura, para convertir de forma sincrónica los reflejos de luz emitidos por el iluminador, y en donde el sensor de píxeles individuales está configurado además para llevar a cabo al menos una de las acumulaciones repetidas de señales en solapamiento al menos parcial con al menos un pulso de luz generado por el iluminador pulsado.
Compendio
De acuerdo con la invención se proporciona un sistema de formación de imágenes SWIR activo que incluye: una fuente de iluminación pulsada operativa para emitir pulsos de radiación SWIR hacia un objetivo, incidiendo los pulsos de radiación sobre el objetivo, lo que da como resultado pulsos de radiación SWIR reflejados desde el objetivo; un receptor de formación de imágenes que comprende una pluralidad de PD de germanio (Ge) operativos para detectar la radiación SWIR reflejada, en donde el receptor de formación de imágenes produce para cada PD de Ge una señal de detección respectiva representativa de la radiación SWIR reflejada que incide en el PD de Ge respectivo, una corriente oscura que es mayor que 50pA/cm2, ruido de corriente oscura dependiente del tiempo y ruido de lectura independiente del tiempo; y un controlador operativo para controlar la activación del receptor de formación de imágenes a lo largo de un tiempo de integración durante el cual un ruido de corriente oscura acumulado no supera el ruido de lectura independiente del tiempo, incluyendo la activación disparar la iniciación de la adquisición continua de señales por parte del receptor de formación de imágenes, recoger para cada PD de Ge, como resultado del disparo, la carga resultante de al menos la incidencia de la radiación SWIR reflejada en el PD de Ge respectivo, y disparar el cese de la recogida de la carga cuando la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de corriente oscura sigue siendo inferior a la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de lectura independiente del tiempo de integración.
De acuerdo con otro aspecto de la invención se describe un método para generar imágenes SWIR de objetos en un campo de visión (FOV, por sus siglas en inglés) de un sistema EO, incluyendo el método: emitir al menos un pulso de iluminación hacia el FOV, dando como resultado radiación SWIR reflejada desde al menos un objetivo; disparar la iniciación de la adquisición continua de señales por parte de un receptor de formación de imágenes que incluye una pluralidad de PD de Ge operativos para detectar la radiación SWIR reflejada; recoger para cada uno de la pluralidad de PD de Ge, como resultado del disparo, la carga resultante de al menos la incidencia de la radiación de reflexión SWIR en el PD de Ge respectivo, corriente oscura que es mayor que 50 pA/cm2, ruido de corriente oscura dependiente del tiempo de integración y ruido de lectura independiente del tiempo de integración; disparar el cese de la recogida de la carga cuando la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de la corriente oscura sigue siendo menor que la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de lectura independiente del tiempo de integración; y generar una imagen del FOV basada en los niveles de carga recogidos por cada uno de la pluralidad de PD de Ge.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un sistema óptico SWIR, el sistema SWIR que incluye un láser de conmutación Q pasiva (también denominado en el presente documento "láser P-QS", por sus siglas en inglés), que incluye: un medio de ganancia que incluye un material cristalino de medio de ganancia (GMC, por sus siglas en inglés) que consiste en granate cerámico de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG); un absorbente saturable (SA) conectado rígidamente al medio de ganancia, incluyendo el SA un material cristalino de SA cerámico seleccionado entre un grupo de materiales cerámicos dopados que consiste en: V3+:YAG y materiales cristalinos dopados con cobalto de dos valencias; y una cavidad óptica dentro de la cual están situados el medio de ganancia y el SA, incluyendo la cavidad óptica un espejo de alta reflectancia y un acoplador de salida.
De ahora en adelante en esta descripción y por simplicidad, la expresión "absorbente saturable" se reemplaza a menudo por el acrónimo "SA" (por sus siglas en el inglés).
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un sistema óptico SWIR, incluyendo el sistema SWIR un láser P-QS que incluye: un medio de ganancia que incluye un material GMC que consiste en Nd:YAG cerámico, un SA conectado rígidamente al medio de ganancia, incluyendo el SA un material cristalino de SA cerámico seleccionado entre un grupo de materiales cerámicos dopados que consiste en: V3+:YAG y materiales cristalinos dopados con cobalto de dos valencias; y una cavidad óptica dentro de la cual están situados el medio de ganancia y el SA, incluyendo la cavidad óptica un espejo de alta reflectancia y un acoplador de salida.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un sistema óptico SWIR, que incluye un láser P-QS que incluye: un medio de ganancia que incluye un material GMC cerámico que consiste en cristal cerámico de un elemento de la tierras raras dopado con neodimio; un SA conectado rígidamente al medio de ganancia, incluyendo el SA un material cristalino de SA cerámico seleccionado entre un grupo de materiales cristalinos dopados que consiste en: V3+:YAG y materiales cristalinos dopados con cobalto; y una cavidad óptica dentro de la cual están situados el medio de ganancia y el SA, incluyendo la cavidad óptica un espejo de alta reflectancia y un acoplador de salida.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un método para fabricar piezas para un láser P-QS, incluyendo el método: insertar en un primer molde al menos un primer polvo; compactar el al menos un primer polvo en el primer molde para producir un primer cuerpo verde; insertar en un segundo molde al menos un segundo polvo diferente del al menos un primer polvo; compactar el al menos un segundo polvo en el segundo molde, produciendo así un segundo cuerpo verde; calentar el primer cuerpo verde para producir un primer material cristalino; calentar el segundo cuerpo verde para producir un segundo material cristalino; y conectar el segundo material cristalino al primer material cristalino. En este caso, un material cristalino del primer material cristalino y el segundo material cristalino es un material cristalino dopado con neodimio y es un medio de ganancia para el láser P-QS, y en donde el otro material cristalino del primer material cristalino y el segundo material cristalino es un SA para el láser P-QS y se selecciona entre un grupo de materiales cristalinos que consiste en un material cristalino dopado con neodimio, y un material cristalino dopado, este último seleccionado entre el grupo de materiales cristalinos dopados que consiste en: V3+:YAG
y materiales cristalinos dopados con cobalto. Además, en este caso, al menos uno del medio de ganancia y el SA consiste en un material cristalino cerámico.
Según un aspecto de la divulgación se describe un PDD que incluye: un PS activo que incluye un PD activo; un PS de referencia que incluye un PD de referencia; un primer circuito de corriente controlado por tensión que consiste en una fuente de corriente controlada por tensión o un absorbedor de corriente controlado por tensión, el primer circuito de corriente controlado por tensión conectado al PD activo; y circuitos generadores de tensión de control conectados al circuito de corriente controlado por tensión activa y al PS de referencia y utilizados para proporcionar al circuito de corriente controlado por tensión una tensión de control que tiene un nivel de tensión que responde a la corriente oscura del PD de referencia, para reducir un efecto de la corriente oscura del PD activo en una salida del PS activo.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un método para reducir los efectos de la corriente oscura en un PDD, incluyendo el método: cuando el PDD opera en una primera temperatura, determinar una primera tensión de control sobre la base de la corriente oscura de al menos una PD de referencia del PDD; proporcionar la primera tensión de control a un primer circuito de corriente controlado por tensión que está conectado al menos a un PD activo de un PS activo del PDD, lo que hace que el primer circuito de corriente controlado por tensión imponga una primera corriente contraria a la corriente oscura en el PS activo; generar por medio del PD activo una primera corriente de detección en respuesta a la incidencia de la luz del PD activo que se origina en un objeto en un campo de visión del PDD, y a la corriente oscura generada por el PD activo; y emitir por medio del PS activo una primera señal de detección cuya magnitud es menor que la primera corriente de detección en respuesta a la primera corriente de detección y a la primera corriente contraria a la corriente oscura, compensando así el efecto de la corriente oscura sobre la primera señal de detección; y cuando el PDD opera en una segunda temperatura que es superior a la primera temperatura en al menos 10 °C, determinar una segunda tensión de control sobre la base de la corriente oscura de al menos un PD de referencia del PDD; proporcionar la segunda tensión de control al primer circuito de corriente controlado por tensión, provocando así que el primer circuito de corriente controlado por tensión imponga una segunda corriente contraria a la corriente oscura en el PS activo; generar por medio del PD activo una segunda corriente de detección en respuesta a la incidencia de la luz del PD activo que se origina en el objeto, y a la corriente oscura generada por el PD activo; y emitir por medio del PS activo una segunda señal de detección cuya magnitud es menor que la segunda corriente de detección en respuesta a la segunda corriente de detección y a la segunda corriente contraria a la corriente oscura, compensando así el efecto de la corriente oscura en la segunda señal de detección. Una magnitud de la segunda corriente contraria a la corriente oscura en tal caso mayor que la magnitud de la primera corriente contraria a la corriente oscura por un factor de al menos dos.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un método para probar un PDD, que comprende: proporcionar una primera tensión a una primera entrada de un amplificador de circuitos generadores de tensión de control, en donde la segunda entrada del amplificador está conectada a un PD de referencia y a un segundo circuito de corriente que suministra corriente en un nivel gobernado en respuesta a una tensión de salida del amplificador; provocando así que el amplificador genere una primera tensión de control para un primer circuito de corriente de un PS del PDD; leer una primera señal de salida del PS generada por el PS en respuesta a la corriente generada por el primer circuito de corriente y a un PD del PS; proporcionar a la primera entrada del amplificador una segunda tensión que es diferente de la primera tensión de entrada, provocando así que el amplificador genere una segunda tensión de control para el primer circuito de corriente; leer una segunda señal de salida del PS generada por el PS en respuesta a la corriente generada por el primer circuito de corriente y a un PD del PS; y sobre la base de la primera señal de salida y de la segunda señal de salida, determinar un estado defectuoso de una ruta de detección del PDD, incluyendo la ruta de detección el PS y circuitos de lectura asociados con el PS.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un sistema para generar imágenes, que comprende un procesador configurado para: recibir desde una PDA múltiples resultados de detección de un objeto que incluye una superficie de alta reflectancia rodeada por superficies de baja reflectancia por todos los lados, incluyendo los múltiples resultados de detección información de primer campo de imagen del objeto detectado por la PDA durante un primer tiempo de exposición de campo de imagen e información de segundo campo de imagen del objeto detectado por la PDA durante un segundo tiempo de exposición de campo de imagen, que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen; procesar la información de primer campo de imagen sobre la base del primer tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una primera imagen que incluye una región brillante que representa la superficie de alta reflectancia, rodeada por un fondo oscuro que representa las superficies de baja reflectancia; y procesar la información de segundo campo de imagen sobre la base del segundo tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una segunda imagen que incluye un fondo oscuro sin ninguna región brillante.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un sistema para generar imágenes que comprende un procesador configurado para: recibir desde una PDA múltiples resultados de detección de un objeto que incluye una superficie de alta reflectancia rodeada por superficies de baja reflectancia por todos los lados, incluyendo los múltiples resultados de detección información de primer campo de imagen del objeto detectado por la PDA durante un primer tiempo de exposición de campo de imagen e información de segundo campo de imagen del objeto detectado por la PDA durante un segundo tiempo de exposición de campo de imagen, que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen; procesar la información de primer campo de imagen sobre la base del primer tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una primera imagen que incluye una región brillante que representa la superficie de alta reflectancia, rodeada por un fondo oscuro que representa las superficies de baja
reflectancia; y procesar la información de segundo campo de imagen sobre la base del segundo tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una segunda imagen que incluye un fondo oscuro sin ninguna región brillante.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un método para generar información de imagen basada en datos de una PDA que comprende: recibir desde una PDA información de primer campo de imagen de un objetivo de baja reflectancia que incluye un área de alta reflectancia, indicativa de intensidades de luz de diferentes partes del objetivo detectadas por la PDA durante un primer tiempo de exposición de campo de imagen; procesar la información de primer campo de imagen sobre la base del primer tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una primera imagen que incluye una región brillante rodeada por un fondo oscuro; recibir desde la PDA información de segundo campo de imagen del objetivo de baja reflectancia que incluye el área de alta reflectancia, indicativa de las intensidades de luz de las diferentes partes del objetivo detectadas por la PDA durante un segundo tiempo de exposición de campo de imagen, que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen; y procesar la información de segundo campo de imagen sobre la base del segundo tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una segunda imagen que incluye un fondo oscuro sin ninguna región brillante.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un medio legible por ordenador no transitorio para generar información de imagen basada en datos de una PDA, incluyendo instrucciones almacenadas en el mismo que, cuando se ejecutan en un procesador, realizan las etapas consistentes en: recibir de una PDA información de primer campo de imagen de un objetivo negro que incluye un área blanca, indicativa de intensidades de luz de diferentes partes del objetivo detectadas por la PDA durante un primer tiempo de exposición de campo de imagen; procesar la información de primer campo de imagen sobre la base del primer tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una primera imagen que incluye una región brillante rodeada por un fondo oscuro; recibir desde la PDA información de segundo campo de imagen del objetivo negro que incluye el área blanca, indicativa de intensidades de luz de las diferentes partes del objetivo detectadas por la PDA durante un segundo tiempo de exposición de campo de imagen, que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen; y procesar la información de segundo campo de imagen sobre la base del segundo tiempo de exposición de campo de imagen para proporcionar una segunda imagen que incluye un fondo oscuro sin ninguna región brillante.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un sistema EO con evaluación de usabilidad de PS dinámica, comprendiendo el sistema: una PDA que incluye una pluralidad de fotositos (PS), cada PS operativo para emitir señales de detección en diferentes campos de imagen, siendo la salida de la señal de detección para un campo de imagen por el PS respectivo indicativa de la cantidad de luz que incide sobre el PS respectivo durante un campo de imagen respectivo; un módulo de filtrado de usabilidad, operativo para determinar para cada PS que el PS no es utilizable sobre la base de un primer tiempo de exposición de campo de imagen, y para determinar posteriormente que el PS es utilizable sobre la base de un segundo tiempo de exposición de campo de imagen, que es más corto que el primer tiempo de exposición de campo de imagen; y un procesador operativo para generar imágenes basadas en niveles de detección de campo de imagen de la pluralidad de PS. El procesador está configurado para: (i) excluir, al generar una primera imagen basada en los niveles de detección de primer campo de imagen, una primera señal de detección de un PS filtrado que ha sido determinado por el módulo de filtrado de usabilidad como inutilizable para la primera imagen, y (ii) incluir, al generar una segunda imagen basada en los niveles de detección de segundo campo de imagen capturados por la PDA después de la captura de los niveles de detección de primer campo de imagen, una segunda señal de detección del PS filtrado que ha sido determinado por el módulo de filtrado de usabilidad como utilizable para la segunda imagen.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un método para generar información de imagen basada en datos de una PDA, que comprende: recibir información de primer campo de imagen que incluye para cada uno de una pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de primer campo de imagen indicativo de un intensidad de la luz detectada por el PS respectivo durante un primer tiempo de exposición de campo de imagen; sobre la base del primer tiempo de exposición de campo de imagen, identificar en la pluralidad de PS del PDD: un primer grupo de PS utilizables que incluye un primer PS, un segundo PS y un tercer PS, y un primer grupo de PS inutilizables que incluye un cuarto PS; generar una primera imagen basada en los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS inutilizables; determinar, después de recibir la información de primer campo de imagen, un segundo tiempo de exposición de campo de imagen que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen; recibir información de segundo campo de imagen que incluye para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de segundo campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un segundo tiempo de exposición de campo de imagen; sobre la base del segundo tiempo de exposición de campo de imagen, identificar en la pluralidad de PS del PDD: un segundo grupo de PS utilizables que incluye la primera PS, y un segundo grupo de PS inutilizables que incluye la segunda PS, la tercera PS y la cuarta PS; (g) generar una segunda imagen basada en los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS inutilizables; determinar, después de recibir la información de segundo campo de imagen, un tercer tiempo de exposición de campo de imagen, que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen y más corto que el segundo tiempo de exposición de campo de imagen; recibir información de tercer campo de imagen que incluye para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de tercer campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un tercer tiempo de exposición de campo de imagen; sobre la base del tercer tiempo de exposición de campo de imagen, identificar en la pluralidad de PS del PDD: un
tercer grupo de PS utilizables que incluye el primer PS y el segundo PS, y un tercer grupo de PS inutilizables que incluye el tercer PS y el cuarto PS; y (k) generar una tercera imagen basada en los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS inutilizables.
De acuerdo con un aspecto de la divulgación se describe un medio legible por ordenador no transitorio para generar información de imagen basada en datos de una PDA, incluyendo instrucciones almacenadas en el mismo que, cuando se ejecutan en un procesador, realizan las etapas consistentes en: recibir información de primer campo de imagen que incluye para cada uno de una pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de primer campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un primer tiempo de exposición de campo de imagen; sobre la base del primer tiempo de exposición de campo de imagen, identificar en la pluralidad de PS del PDD: un primer grupo de PS utilizables que incluye un primer PS, un segundo PS y un tercer PS, y un primer grupo de PS inutilizables que incluye un cuarto PS; generar una primera imagen basada en los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS inutilizables; determinar, después de recibir la información de primer campo de imagen, un segundo tiempo de exposición de campo de imagen, que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen; recibir información de segundo campo de imagen que incluye para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de segundo campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un segundo tiempo de exposición de campo de imagen; sobre la base del segundo tiempo de exposición de campo de imagen, identificar en la pluralidad de PS del PDD: un segundo grupo de PS utilizables que incluye el primer PS y un segundo grupo de PS inutilizables que incluye el segundo PS, el tercer PS y el cuarto PS; generar una segunda imagen basada en los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS inutilizables; determinar, después de recibir la información de segundo campo de imagen, un tercer tiempo de exposición de campo de imagen, que es más largo que el primer tiempo de exposición de campo de imagen y más corto que el segundo tiempo de exposición de campo de imagen; recibir información de tercer campo de imagen que incluye para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de tercer campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un tercer tiempo de exposición de campo de imagen; sobre la base del tercer tiempo de exposición de campo de imagen, identificar en la pluralidad de PS del PDD: un tercer grupo de PS utilizables que incluye el primer PS y el segundo PS, y un tercer grupo de PS inutilizables que incluye el tercer PS y el cuarto PS; y generar una tercera imagen basada en los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS inutilizables.
Breve descripción de los dibujos
Más abajo se describen ejemplos no limitativos de realizaciones descritas en la presente memoria con referencia a las figuras adjuntas que se enumeran a continuación de este párrafo. Las estructuras, elementos o partes idénticas que aparezcan en más de una figura pueden estar etiquetadas con un mismo número en todas las figuras en las que aparecen. Los dibujos y las descripciones están concebidos para iluminar y aclarar las realizaciones descritas en la presente memoria, y no deben considerarse como limitativos en modo alguno. Todos los dibujos muestran dispositivos o diagramas de flujo de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada.
La invención reivindicada se describe con referencia a las Figuras 1 a 5. El resto se refiere a aspectos ilustrativos adicionales de un sistema y método de formación de imágenes SWIR que no son objeto de las reivindicaciones.
En los dibujos:
las Figuras 1A, 1B y 1C son diagramas de bloques esquemáticos que ilustran sistemas de formación de imágenes SWIR activos;
la Figura 2 es un gráfico ejemplar que ilustra magnitudes relativas de potencia de ruido después de diferentes duraciones de tiempos de integración en un sistema de formación de imágenes SWIR;
las Figuras 3A, 3B y 3C muestran respectivamente un diagrama de flujo y dibujos esquemáticos de un método de funcionamiento de un sistema de formación de imágenes SWIR activo según algunas realizaciones;
las Figuras 4A, 4B y 4C muestran respectivamente un diagrama de flujo y dibujos esquemáticos de un método de funcionamiento ejemplar de un sistema de formación de imágenes SWIR activo;
la Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un método para generar imágenes SWIR de objetos en un FOV de un sistema EO;
la Figura 6 es un diagrama de bloques funcional esquemático que ilustra un ejemplo de un sistema óptico SWIR;
las Figuras 7A, 7B y 7C son diagramas de bloques funcionales esquemáticos que ilustran ejemplos de láser P-QS;
las Figuras 8 y 9 son diagramas funcionales esquemáticos que ilustran un sistema óptico SWIR;
la Figura 10 es un diagrama de bloques funcional esquemático que ilustra un ejemplo de un sistema óptico SWIR;
las Figuras 11A, 11B y 11C muestran respectivamente un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un método para fabricar piezas para un láser P-QS y líneas de tiempo conceptuales para la ejecución del método;
la Figura 12A muestra esquemáticamente un PS que incluye un PD controlado por una fuente de corriente controlada por tensión;
la Figura 12B muestra esquemáticamente un PS que incluye un PD controlado por una fuente de corriente controlada por tensión en una estructura "3T";
las Figuras 13A y 13B muestran un PDD que incluye un PS y circuitos operativos para reducir los efectos de la corriente oscura;
la Figura 13C muestra un PDD que comprende una pluralidad de PS y circuitos operativos para reducir los efectos de la corriente oscura;
la Figura 14 muestra una curva PD I-V ejemplar y posibles tensiones operativas para un PDD;
la Figura 15 muestra un circuito generador de tensión de control que está conectado a una pluralidad de fotositos de referencia;
las Figuras 16A y 16B muestran PDD que comprenden una matriz de PS y circuitos de referencia basados en una pluralidad de PD;
las Figuras 17 y 18 muestran PDD, cada uno de los cuales comprende un PS y un circuito operativo para reducir los efectos de la corriente oscura;
la Figura 19 ilustra un PDD que incluye óptica, un procesador y componentes adicionales;
la Figura 20 es un 
diagrama de flujo que ilustra un método para compensar la corriente oscura en un fotodetector; la Figura 21 es un 
diagrama de flujo que ilustra un método para compensar la corriente oscura en un fotodetector; la Figura 22 es un 
diagrama de flujo que ilustra un método para probar un fotodetector;
la Figura 23 ilustra un sistema EO según algunas realizaciones;
la Figura 24 ilustra un ejemplo de un método para generar información de imagen basada en datos de una PDA;
las Figuras 25 y 26 muestran respectivamente un diagrama de flujo que ilustra un método para generar un modelo para el funcionamiento de una PDA en diferentes tiempos de exposición de campo de imagen, y una representación gráfica de la ejecución de ese método para diferentes campos de imagen que se toman de la misma escena en diferentes tiempos de exposición de campo de imagen;
la Figura 27 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un método para generar imágenes basadas en diferentes subconjuntos de PS en diferentes condiciones operativas;
las Figuras 28A y 28B ilustran un sistema EO y objetos de destino ejemplares;
la Figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un método para generar información de imagen basada en datos de una PDA.
Se apreciará que, por simplicidad y claridad de la ilustración, los elementos que se muestran en las figuras no se han dibujado necesariamente a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos pueden ser exageradas en relación con otros elementos para mayor claridad. Además, cuando se considere apropiado, los números de referencia pueden repetirse entre las figuras para indicar elementos correspondientes o análogos.
Descripción detallada de realizaciones
En la siguiente descripción detallada se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión a fondo de la divulgación. Sin embargo, los expertos en la técnica entenderán que la presente divulgación se puede poner en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, los métodos, procedimientos y componentes bien conocidos no se han descrito en detalle para no complicar la presente divulgación.
En los dibujos y descripciones expuestos, los números de referencia idénticos indican aquellos componentes que son comunes a diferentes realizaciones o configuraciones.
A menos que se indique específicamente lo contrario, como se desprende de los siguientes análisis, se entiende que, a lo largo de los análisis sobre especificaciones, la utilización de términos como "procesar", "calcular", "computar",
"determinar", "generar", "establecer", "configurar", "seleccionar", "definir", o similares, incluye acciones y/o procesos de un ordenador que manipulan y/o transforman datos en otros datos, estando representados dichos datos como cantidades físicas, por ejemplo tales como cantidades electrónicas, y/o representando dichos datos los objetos físicos.
Los términos "ordenador", "procesador" y "controlador" deben interpretarse de manera amplia para cubrir cualquier tipo de dispositivo electrónico con capacidades de procesamiento de datos, incluidos, a modo de ejemplo no limitativo, un ordenador personal, un servidor, un sistema informático, un dispositivo de comunicación, un procesador (por ejemplo, un procesador de señales digitales (DSP, por sus siglas en inglés), un microcontrolador, una matriz de puertas programables in situ (FPGA, por sus siglas en inglés), un circuito integrado de aplicación específica, etc.), cualquier otro dispositivo informático electrónico o cualquier combinación de los mismos.
Las operaciones de acuerdo con las enseñanzas de la presente memoria pueden ser realizadas por un ordenador especialmente construido para los propósitos deseados o por un ordenador de propósito general especialmente configurado para el propósito deseado por un programa informático almacenado en un medio de almacenamiento legible por ordenador.
Tal como se usan en la presente memoria, las expresiones "por ejemplo", "tal como", "verbigracia" y variantes de las mismas describen realizaciones no limitativas de la materia actualmente divulgada. La referencia en la memoria descriptiva a "un caso", "algunos casos", "otros casos" o variantes de los mismos significa que una característica, estructura o rasgo particular descritos en relación con la/las realización/realizaciones) está incluida en al menos una realización de la materia actualmente divulgada. Por lo tanto, la aparición de las expresiones "un caso", "algunos casos", "otros casos" o variantes de las mismas no se refiere necesariamente a la/las misma/mismas realización/realizaciones.
Se entiende que ciertas características de la materia actualmente divulgada que, para mayor claridad, se describen en el contexto de realizaciones independientes, también se pueden prever en combinación en una sola realización. A la inversa, diversas características de la materia actualmente divulgada que, por brevedad, se describen en el contexto de una sola realización, también se pueden prever por separado o en cualquier subcombinación adecuada.
En algunas realizaciones de la materia actualmente divulgada, una o más fases o etapas ilustradas en las figuras pueden ejecutarse en un orden diferente y/o uno o más grupos de fases pueden ejecutarse simultáneamente y viceversa. Las figuras ilustran un esquema general de la arquitectura del sistema de acuerdo con una realización de la materia actualmente divulgada. Cada módulo de las figuras puede estar formado por cualquier combinación de software, hardware y/o firmware que realice las funciones definidas y explicadas en la presente memoria. Los módulos de las figuras pueden estar centralizados en una ubicación o dispersos en más de una ubicación.
Cualquier referencia en la memoria descriptiva a un método debe aplicarse mutatis mutandis a un sistema capaz de ejecutar el método y debe aplicarse mutatis mutandis a un medio legible por ordenador no transitorio que almacena instrucciones que, una vez ejecutadas por un ordenador, dan como resultado la ejecución del método.
Cualquier referencia en la memoria descriptiva a un sistema debe aplicarse mutatis mutandis a un método que puede ser ejecutado por el sistema y debe aplicarse mutatis mutandis a un medio legible por ordenador no transitorio que almacena instrucciones que pueden ser ejecutadas por el sistema.
Cualquier referencia en la memoria descriptiva a un medio legible por ordenador no transitorio o términos similares debe aplicarse mutatis mutandis a un sistema capaz de ejecutar las instrucciones almacenadas en el medio legible por ordenador no transitorio y debe aplicarse mutatis mutandis al método que puede ser ejecutado por un ordenador que lee las instrucciones almacenadas en el medio legible por ordenador no transitorio.
A menos que se definan de otro modo, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente memoria tienen el mismo significado que comúnmente entiende un experto en la técnica a la que pertenece esta divulgación. Los materiales, métodos y ejemplos proporcionados en la presente memoria son solo ilustrativos y no pretenden ser limitativos.
La implementación del método y sistema de la presente divulgación implica realizar o completar ciertas tareas o etapas seleccionadas de forma manual, automática o una combinación de las mismas. Además, de acuerdo con la instrumentación y el equipo reales de las realizaciones preferidas del método y el sistema de la presente divulgación, varias etapas seleccionadas podrían implementarse mediante hardware o software en cualquier sistema operativo de cualquier firmware o una combinación de los mismos. Por ejemplo, como hardware, algunas etapas seleccionadas de la descripción podrían implementarse como un chip o un circuito. Como software, algunas etapas seleccionadas de la descripción podrían implementarse como una pluralidad de instrucciones de software ejecutadas por un ordenador que utilice cualquier sistema operativo adecuado. En cualquier caso, las etapas seleccionadas del método y el sistema de la divulgación podrían describirse como realizadas por un procesador de datos, como una plataforma informática para ejecutar una pluralidad de instrucciones.
Las Figuras 1A, 1B y 1C son diagramas de bloques esquemáticos que ilustran respectivamente sistemas 100, 100' y 100" de formación imágenes SWIR activos, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada.
Como se usa aquí, un sistema de formación de imágenes "activo" es operativo para detectar la luz que llega al sistema desde su campo de visión (FOV), detectarla mediante un receptor de formación de imágenes que incluye una pluralidad de PD, y procesar las señales de detección para proporcionar una o más imágenes del campo de visión o de parte del mismo. El término "imagen" se refiere a una representación digital de una escena detectada por el sistema de formación de imágenes, que almacena un valor de color para cada elemento de imagen (píxel) en la imagen, representando cada color de píxel la luz que llega al sistema de formación de imágenes desde una parte diferente del campo de visión (por ejemplo, una parte de 0,02° por 0,02° del FOV, dependiendo de la óptica del receptor). Se ha de señalar que, opcionalmente, el sistema de formación de imágenes puede ser operativo además para generar otras representaciones de objetos o luz en el FOV (por ejemplo, un mapa de profundidades, modelo 3D, malla poligonal), pero el término "imagen" se refiere a una imagen bidimensional (2D) sin datos de profundidad.
El sistema 100 comprende una fuente 102 de iluminación (IS, por sus siglas en inglés) operativa para emitir pulsos de radiación en la banda SWIR hacia uno o más objetivos 104, como resultado de lo cual la radiación reflejada del objetivo es reflejada de vuelta en dirección al sistema 100. En la Figura 1A, la iluminación saliente se indica con 106 y la iluminación reflejada hacia el sistema 100 se indica con 108. Partes de la radiación emitida también pueden reflejarse en otras direcciones, desviarse o ser absorbidas por el objetivo. El término "objetivo" se refiere a cualquier objeto en el FOV del sensor de imágenes, como objetos sólidos, líquidos, flexibles y rígidos. Algunos ejemplos no limitativos de dichos objetos incluyen vehículos, carreteras, personas, animales, plantas, edificios, electrónica, nubes, muestras microscópicas, artículos durante la fabricación, etc. Se puede utilizar cualquier tipo adecuado de fuente 102 de iluminación, como uno o más láseres, uno o más diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés), una o más linternas de incidencia, cualquier combinación de los anteriores, etc. Tal como se analiza más abajo con mayor detalle, la fuente 102 de iluminación puede incluir opcionalmente uno o más láseres activos, o uno o más láseres P-QS.
El sistema 100 también incluye al menos un receptor 110 de formación de imágenes (o simplemente "receptor") que incluye una pluralidad de PD de germanio (Ge) operativos para detectar la radiación SWIR reflejada. El receptor produce para cada uno de la pluralidad de PD de Ge una señal eléctrica que es representativa de la cantidad de luz SWIR incidente dentro de su intervalo espectral detectable. Esa cantidad incluye la cantidad de luz de pulso de radiación SWIR reflejada desde el objetivo, y también puede incluir luz SWIR adicional (por ejemplo, procedente del sol o de fuentes de luz externas).
La expresión "PD de Ge" se refiere a cualquier PD en la que se produce excitación de electrones inducida por la luz (más tarde detectable como una fotocorriente) dentro del Ge, dentro de una aleación de Ge (por ejemplo, SiGe) o en la interfaz entre Ge (o aleación de Ge) y otro material (por ejemplo silicio, SiGe). Específicamente, la expresión "PD de Ge" se refiere tanto a los PD de Ge puro como a los PD de Ge-silicio. Cuando se usan PD de Ge que incluyen tanto Ge como silicio, se pueden usar diferentes concentraciones de germanio. Por ejemplo, la porción relativa de Ge en los PD de Ge (ya sea aleado con silicio o adyacente a él) puede oscilar entre el 5% y el 99%. Por ejemplo, la porción relativa de Ge en los PD de Ge puede estar entre el 15% y el 40%. Se ha de señalar que otros materiales además del silicio también pueden formar parte del PD de Ge, como aluminio, níquel, siliciuro o cualquier otro material adecuado. En alguna implementación de la descripción, los PD de Ge pueden ser PD de Ge puro (que incluyen más del 99,0% de Ge).
Se ha de señalar que el receptor puede implementarse como una PDA fabricada en un solo chip. Cualquiera de las matrices de PD analizadas a lo largo de la presente divulgación puede usarse como receptor 110. Los PD de Ge se pueden disponer en cualquier disposición adecuada, como una matriz rectangular (filas y columnas rectas de PD de Ge), mosaicos en panal e incluso configuraciones irregulares. Preferiblemente, el número de PD de Ge en el receptor permite la generación de imágenes de alta resolución. Por ejemplo, el número de PD puede estar en el orden de escala de 1 megapíxel, 10 megapíxeles o más.
En algunas realizaciones, el receptor 110 tiene las siguientes especificaciones:
a. HFOV (campo de visión horizontal, por sus siglas en inglés) [m]: 60
b. WD (distancia de trabajo, por sus siglas en inglés) [m]: 150
c. Tamaño de píxel [um]: 10
d. Resolución (en obj.) [mm]: 58
e. Número de píxeles [H]: 1,050
f. Número de píxeles [V]: 1112
g. Relación de aspecto: 3:1
h. Ángulo de visión [rad]: 0,4
a. Reflectancia del objetivo [%]: 10%
i. Recogida (la proporción de fotones recogidos con respecto a fotones emitidos suponiendo una reflectancia del objetivo del 100% y suponiendo una reflectancia de Lambert): 3e-9.
Además de la luz SWIR incidente como se ha mencionado más arriba, la señal eléctrica producida por cada uno de los PD de Ge también es representativa de:
a. Ruido de lectura, que es aleatorio, y su magnitud es independiente (o sustancialmente independiente) del tiempo de integración. Un ejemplo de dicho ruido incluye el ruido de Nyquist Johnson (también conocido como ruido térmico o ruido kTC). El proceso de lectura también puede introducir un componente de CC en la señal, además del componente estadístico, pero la expresión "ruido de lectura" se refiere al componente aleatorio de la señal introducido por el proceso de lectura.
b. Ruido de corriente oscura, que es aleatorio y se acumula durante el tiempo de integración (es decir, depende del tiempo de integración). La corriente oscura también introduce, además del componente estadístico, un componente de CC en la señal (que puede eliminarse o no, por ejemplo, tal como se analiza con respecto a las Figuras 12A a 22), pero la expresión "ruido de corriente oscura" se refiere a la componente aleatoria de la señal acumulada durante el tiempo de integración resultante de la corriente oscura.
Algunos PD de Ge, y especialmente algunos PD que combinan Ge con otro material (como silicio, por ejemplo) se caracterizan por un nivel relativamente alto de corriente oscura. Por ejemplo, la corriente oscura de los PD de Ge puede ser superior a 50 pA/cm2 (perteneciente a un área de superficie del PD) e incluso mayor (por ejemplo, superior a 100 pA/cm2, superior a 200 pA/cm2, o superior a 500 pA/cm2). Dependiendo del área de superficie del PD, dichos niveles de corriente oscura pueden traducirse en 50 picoamperios (pA) por PD de Ge o más (por ejemplo más de 100 pA por PD de Ge, más de 200 pA por PD de Ge, más de 500 pA por PD de Ge, o más de 2 nA por PD de Ge). Se ha de señalar que se pueden usar diferentes tamaños de PD, como alrededor de 10 mm2, alrededor de 50 mm2, alrededor de 100 mm2, alrededor de 500 mm2). Se ha de señalar que los PD de Ge pueden generar diferentes magnitudes de corriente oscura cuando los PD de Ge están sujetos a diferentes niveles de polarización distinta de cero (que inducen en cada uno de la pluralidad de PD de Ge una corriente oscura que es, por ejemplo, mayor que 50 picoamperios).
El sistema 100 comprende además un controlador 112, que controla el funcionamiento del receptor 110 (y opcionalmente también de la fuente 102 de iluminación (IS) y/u otros componentes) y un procesador 114 de imágenes. Por lo tanto, el controlador 112 está configurado para controlar la activación del receptor 110 durante un tiempo de integración relativamente corto, de modo que se limite el efecto de la acumulación de ruido de corriente oscura sobre la calidad de la señal. Por ejemplo, el controlador 112 puede ser operativo para controlar la activación del receptor 110 a lo largo de un tiempo de integración durante el cual el ruido de corriente oscura acumulado no supera el ruido de lectura independiente del tiempo de integración.
Véase ahora la Figura 2, que es un gráfico ejemplar que ilustra las magnitudes relativas de la potencia del ruido después de diferentes duraciones de los tiempos de integración, de acuerdo con los ejemplos de la materia actualmente divulgada. Para una energía de pulso láser determinada, la relación señal/ruido (SNR, por sus siglas en inglés) está determinada principalmente por el nivel de ruido que incluye el ruido de corriente oscura (ruido de la fotocorriente oscura) y el ruido térmico (también conocido como ruido kTC). Como se muestra en el gráfico ejemplar de la Figura 2, el ruido de corriente oscura o el ruido térmico son dominantes para efectuar la SNR de la señal eléctrica del PD, dependiendo del tiempo de integración del receptor 110 basado en Ge. Dado que el controlador 112 limita el tiempo de activación del fotodetector de Ge durante un tiempo relativamente corto (dentro del intervalo designado como "A" en la Figura 2), no se recogen muchos electrones provenientes del ruido de la corriente oscura y, por lo tanto, se mejora la SNR y, en consecuencia, se ve afectada principalmente por el ruido térmico. Para un tiempo de integración de receptor más largo, el ruido que se origina en la corriente oscura del fotodetector de Ge se vuelve dominante sobre el ruido térmico al afectar a la SNR del receptor, lo que resulta en un rendimiento degradado del receptor. Se ha de señalar que el gráfico de la Figura 2 es meramente ilustrativo, y esa acumulación de ruido de
corriente oscura a lo largo del tiempo generalmente aumenta con la raíz cuadrada del tiempo ^ noise ^ 'mtegration . (Alternativamente, considérese el eje y como dibujado en una escala polinomial no lineal coincidente). Además, los ejes no se cruzan entre sí en el tiempo de integración cero (en cuyo caso el ruido de corriente oscura acumulado es cero).
Volviendo al sistema 100, se ha de señalar que el controlador 112 puede controlar la activación del receptor 110 para tiempos de integración aún más cortos (por ejemplo, tiempos de integración durante los cuales el ruido de corriente oscura acumulado no supera la mitad del ruido de lectura, o una cuarta parte del ruido de lectura). Se ha de señalar que, a menos que se desee específicamente, limitar el tiempo de integración a niveles muy bajos limita la cantidad de señales inducidas por luz que pueden detectarse y empeora la SNR con respecto al ruido térmico. Se ha de señalar que el nivel de ruido térmico en los circuitos de lectura adecuados para la lectura de señales ruidosas (que requieren la recogida de un nivel de señal relativamente alto) introduce un ruido de lectura no despreciable, que puede deteriorar significativamente la SNR.
En algunas implementaciones, el controlador 112 puede aplicar tiempos de integración algo más largos (por ejemplo, tiempos de integración durante los cuales el ruido de corriente oscura acumulado no supera el doble del ruido de lectura, o x1,5 del ruido de lectura).
Las realizaciones ejemplares descritas en la presente memoria se refieren a sistemas y métodos para la formación de imágenes SWIR activas de alta SNR que utilizan receptores que incluyen PD basados en Ge. La principal ventaja de la tecnología de receptor de Ge frente a la tecnología InGaAs es la compatibilidad con los procesos CMOS, lo que permite la fabricación del receptor como parte de una línea de producción CMOS. Por ejemplo, los PD de Ge se pueden integrar en procesos CMOS mediante el crecimiento de capas epitaxiales de Ge en un sustrato de silicio (Si), como en la fotónica de Si. Por lo tanto, los PD de Ge también son más rentables que los PD de InGaAs equivalentes.
Para utilizar PD de Ge se adapta un sistema ejemplar descrito en la presente memoria con el fin de superar la limitación de la corriente oscura relativamente alta de los diodos de Ge, normalmente en el intervalo de ~50 uA/cmA2. El problema de la corriente oscura se supera mediante el uso de formación de imágenes activa que tiene una combinación de tiempo de captura corto y pulsos de láser de alta potencia.
La utilización de PD de Ge, en especial pero no limitados a aquellos que se fabrican utilizando procesos CMOS, es una solución mucho más económica para la formación de imágenes SWlR no refrigeradas que la tecnología InGaAs. A diferencia de muchos sistemas de formación de imágenes de la técnica anterior, el sistema 100 de formación de imágenes incluye una fuente de iluminación pulsada con una duración de iluminación corta (por ejemplo, por debajo de 1 pS, por ejemplo, 1-1000 pS) y una alta potencia máxima. Esto a pesar de los inconvenientes de dichas fuentes de luz pulsada (por ejemplo, falta de uniformidad en la iluminación, circuitos de lectura más complejos que pueden introducir niveles más altos de ruido de lectura) y los inconvenientes de un tiempo de integración más corto (por ejemplo, la incapacidad de capturar una amplia gama de distancias en un solo ciclo de adquisición). En la siguiente descripción se analizan varias formas de superar dichos inconvenientes para proporcionar sistemas de formación de imágenes eficaces.
Ahora se hace referencia a las Figuras 1B y 1C, que ilustran esquemáticamente otros sistemas de formación de imágenes SWIR según algunas realizaciones y numerados 100' y 100". Como el sistema 100, el sistema 100' comprende una fuente 102A de iluminación activa y un receptor 110. En algunas realizaciones, los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes comprenden además el controlador 112 y el procesador 114 de imágenes. En algunas realizaciones, el procesamiento de la salida del receptor 110 puede ser realizado por un procesador 114 de imágenes y adicional o alternativamente por un procesador de imágenes externo (no mostrado). Los sistemas 100' y 100" de formación de imágenes pueden ser variaciones del sistema 100 de formación de imágenes. Cualquier componente o funcionalidad analizada con respecto al sistema 100 puede implementarse en cualquiera de los sistemas 100' y 100", y viceversa.
El controlador 112 es un dispositivo de cálculo. En algunas realizaciones, las funciones del controlador 112 están previstas dentro de la fuente 102 de iluminación y el receptor 110, y no se requiere el controlador 112 como un componente individual. En algunas realizaciones, el control de los sistemas 100' y 100" de formación de imágenes es realizado por el controlador 112, la fuente 102 de iluminación y el receptor 110 actuando juntos. Adicional o alternativamente, en algunas realizaciones, el control de los sistemas 100' y 100" de formación de imágenes puede ser realizado (o realizado de forma complementaria) por un controlador externo, como una Unidad 120 de Control Electrónico (ECU, por sus siglas en inglés) del vehículo (que puede pertenecer a un vehículo en el que está instalado el sistema de formación de imágenes).
La fuente 102 de iluminación está configurada para emitir un pulso 106 de luz en la región infrarroja (IR) del espectro electromagnético. Más particularmente, el pulso 106 de luz está en la banda espectral SWIR que incluye longitudes de onda en un intervalo de aproximadamente 1,3 pm a 3,0 pm.
En algunas realizaciones, tal como se muestra en la Figura 1B, la fuente de iluminación (ahora indicada con 102A) es un láser de conmutación Q activa (o láser "conmutado Q activamente") que incluye un medio 122 de ganancia, una bomba 124, espejos (no mostrados) y un elemento QS 126A activo. En algunas realizaciones, el elemento QS 126A es un modulador. Después del bombeo electrónico u óptico del medio 122 de ganancia por la bomba 124, se libera un pulso de luz mediante la activación activa del elemento QS 126A.
En algunas realizaciones, tal como se muestra en la Figura 1C, la fuente 102P de iluminación es un láser P-QS que incluye un medio 122 de ganancia, una bomba 124, espejos (no mostrados) y un SA 126P. El SA 126P permite que la cavidad del láser almacene energía luminosa (del bombeo del medio 122 de ganancia por la bomba 124) hasta alcanzar un nivel de saturación en SA 126P, después de lo cual se libera un pulso de luz "QS pasivo". Para detectar la liberación del pulso QS pasivo, un fotodetector 128 de pulso QS está acoplado a la fuente 102P de iluminación. En algunas realizaciones, el fotodetector 128 de pulso QS es un PD de Ge. La señal del fotodetector 128 de pulso QS se utiliza para activar el proceso de recepción en el receptor 110 de tal modo que el receptor 110 se activará después de un período de tiempo adecuado para la distancia al objetivo 104 del que se han de formar imágenes. El período de tiempo se deriva tal como se describe más abajo con referencia a las Figuras 3B, 3C, 4B y 4C.
En algunas realizaciones, la duración del pulso láser procedente de la fuente 102 de iluminación está en el intervalo de 100 ps a 1 microsegundo. En algunas realizaciones, la energía del pulso láser está en el intervalo de 10 microjulios a 100 milijulios. En algunas realizaciones, el período del pulso láser es del orden de 100 microsegundos. En algunas realizaciones, el período del pulso láser está en un intervalo de 1 microsegundo a 100 milisegundos.
El medio 122 de ganancia está previsto en forma de cristal o, alternativamente, en forma de cerámica. Algunos ejemplos no limitativos de materiales que se pueden usar para el medio 122 de ganancia incluyen: Nd:YAG, Nd:YVO4, Nd:YLF, Nd:Vidrio, Nd:GdVO4, Nd:GGG, Nd:KGW, Nd:KYW, Nd:YALO, Nd:YAP, Nd:LSB, Nd:S-FAP, Nd:Cr:GSGG, Nd:Cr:YSGG, Nd:YSAG, Nd:Y2O3, Nd:Sc2O3, Er:Vidrio, Er:YAG, etc. En algunas realizaciones, los niveles de dopaje del medio de ganancia pueden variar en función de la necesidad de una ganancia específica. Algunos ejemplos no limitativos de SA 126P incluyen: Co2+:MgAl2O4, Co2+:Espinela, Co2+:ZnSe y otros cristales dopados con cobalto, V3+:YAG, vidrios dopados, puntos cuánticos, espejo de SA semiconductor (SESAM, por sus siglas en inglés), Cr4+YAG SA, etc. Más abajo se analizan formas adicionales en las que se puede implementar el láser P-QS 102P con respecto a las Figuras 6 a 11, y cualquier variación analizada con respecto a un láser 600 puede implementarse también para la fuente 102P de iluminación, mutatis mutandis.
Con referencia a la fuente 102 de iluminación, se ha de señalar que los láseres pulsados con potencia suficiente y pulsos suficientemente cortos son más difíciles de conseguir y más caros que la iluminación no pulsada, especialmente cuando se requiere radiación SWIR segura para los ojos basada en la absorción solar.
El receptor 110 puede incluir uno o más PD 118 de Ge y óptica 116 de receptor. En algunas realizaciones, el receptor 110 incluye una matriz 2D de PD 118 de Ge. El receptor 110 se selecciona para que sea sensible a la radiación infrarroja, incluyendo al menos las longitudes de onda transmitidas por la fuente 102 de iluminación, de modo que el receptor pueda formar imágenes del objetivo iluminado 104 de la radiación reflejada 108.
La óptica 116 de receptor puede incluir uno o más elementos ópticos, como espejos o lentes que están dispuestos para recoger, concentrar y, opcionalmente, filtrar la radiación electromagnética 228 reflejada, y enfocar la radiación electromagnética en un plano focal del receptor 110.
El receptor 110 produce señales eléctricas en respuesta a la radiación electromagnética detectada por uno o más de los PD 118 de Ge representativa de las imágenes de la escena iluminada. Las señales detectadas por el receptor 110 se pueden transferir al procesador 114 de imágenes interno o a un procesador de imágenes externo (no mostrado) para procesarlas en una imagen SWIR del objetivo 104. En algunas realizaciones, el receptor 110 se activa varias veces para crear "segmentos de tiempo", cada uno de las cuales cubre un intervalo de distancia específico. En algunas realizaciones, el procesador 114 de imágenes combina estos segmentos para crear una sola imagen con mayor profundidad visual tal como proponen Gruber, Tobías, et al. "Gated2 depth: Real-time dense LIDAR from gated images.” preimpresión arXiv arXiv: 1902.04997 (2019).
En el campo de la automoción, la imagen del objetivo 104 dentro del campo de visión (FOV) del receptor 110 generada por los sistemas 100' o 100" de formación de imágenes puede procesarse para proporcionar varias funciones de seguridad y asistencia al conductor, como: advertencia de colisión frontal (FCW, por sus siglas en inglés), advertencia de abandono de carril (LDW, por sus siglas en inglés), reconocimiento de señales de tráfico (TSR, por sus siglas en inglés) y la detección de entidades relevantes, como peatones o vehículos que se aproximan. La imagen generada también se puede mostrar al conductor, por ejemplo, proyectada en una pantalla de visualización frontal (HUD, por sus siglas en inglés) en el parabrisas del vehículo. Adicional o alternativamente, los sistemas 100' o 100" de formación de imágenes pueden interactuar con la ECU 120 de un vehículo para proporcionar imágenes o videos para permitir la conducción autónoma con poca luz o en condiciones de mala visibilidad.
En escenarios de formación de imágenes activos se utiliza una fuente de luz, por ejemplo láser, en combinación con una matriz de fotorreceptores. Dado que el PD de Ge opera en la banda SWIR, los pulsos de luz de alta potencia son factibles sin exceder las normas de seguridad ocular. Para implementaciones en escenarios de automoción, una longitud de pulso típica es ~ 100 ns, aunque, en algunas realizaciones, también se anticipan duraciones de pulso más largas, de hasta aproximadamente 1 microsegundo. Teniendo en cuenta la seguridad ocular se permite una potencia de pulso máxima de ~300 KW, pero este nivel prácticamente no se puede lograr con los diodos láser actuales. Por lo tanto, en el presente sistema, los pulsos de alta potencia son generados por un láser QS. En algunas realizaciones, el láser es un láser P-QS para reducir aún más los costes. En algunas realizaciones, el láser es activamente QS.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "objetivo" se refiere a cualquier entidad, objeto, área o escena de la que se haya obtenido una imagen. Los ejemplos no limitativos de objetivos en aplicaciones de automoción incluyen vehículos, peatones, barreras físicas u otros objetos.
Según algunas realizaciones, un sistema de formación de imágenes activo incluye: una fuente de iluminación para emitir un pulso de radiación hacia un objetivo que da como resultado una radiación reflejada desde el objetivo, en donde la fuente de iluminación incluye un láser QS; y un receptor que incluye uno o más PD de Ge para recibir la radiación reflejada. En algunas realizaciones, la fuente de iluminación opera en la banda espectral SWIR.
En algunas realizaciones, el láser QS es un láser QS activo. En algunas realizaciones, el láser QS es un láser P-QS. En algunas realizaciones, el láser P-QS incluye un SA. En algunas realizaciones, el SA se selecciona entre el grupo
que consiste en: Co2+:MgAl2O4, Co2+:Espinela, Co2+:ZnSe y otros cristales dopados con cobalto, V3+:YAG, vidrios dopados, puntos cuánticos, espejo SA semiconductor (SESAM) y Cr4+YAG SA.
En algunas realizaciones, el sistema incluye además un fotodetector de pulsos QS para detectar un pulso de radiación emitido por el láser P-QS. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para activarse con tiempo suficiente para que el pulso de radiación viaje hasta un objetivo y regrese al receptor. En algunas realizaciones, el receptor se activa a lo largo de un tiempo de integración durante el cual la potencia de corriente oscura del PD de Ge no supera la potencia de ruido kTC del PD de Ge.
En algunas realizaciones, el receptor produce señales eléctricas en respuesta a la radiación reflejada recibida por los PD de Ge, en donde las señales eléctricas son representativas de imágenes del objetivo iluminado por el pulso de radiación. En algunas realizaciones, las señales eléctricas son procesadas por un procesador de imágenes interno o un procesador de imágenes externo en una imagen del objetivo. En algunas realizaciones, la imagen del objetivo se procesa para proporcionar uno o más de advertencia de colisión frontal, advertencia de abandono de carril, reconocimiento de señales de tráfico y detección de peatones o vehículos que se aproximan.
De acuerdo con otras realizaciones, un método para realizar la formación de imágenes activa comprende: liberar un pulso de luz mediante una fuente de iluminación que comprende un láser QS activo; y después de un tiempo suficiente para que el pulso de luz viaje hasta un objetivo y regrese al láser QS, activar un receptor que comprende uno o más PD de Ge durante un período de tiempo limitado para recibir un pulso de luz reflejado desde el objetivo. En algunas realizaciones, la fuente de iluminación opera en la banda espectral de infrarrojos de onda corta (SWIR). En algunas realizaciones, el período de tiempo limitado es equivalente a un tiempo de integración durante el cual la potencia de corriente oscura del PD de Ge no supera la potencia de ruido kTC del PD de Ge.
En algunas realizaciones, el receptor produce señales eléctricas en respuesta al pulso de luz reflejada recibido por los PD de Ge, en donde las señales eléctricas son representativas de imágenes del objetivo iluminado por el pulso de luz. En algunas realizaciones, las señales eléctricas son procesadas por un procesador de imágenes interno o un procesador de imágenes externo en una imagen del objetivo. En algunas realizaciones, la imagen del objetivo se procesa para proporcionar una o más de las siguientes informaciones: advertencia de colisión frontal, advertencia de abandono de carril, reconocimiento de señales de tráfico y detección de peatones o vehículos que se aproximan.
De acuerdo con otras realizaciones, un método para realizar formación de imágenes activa comprende: bombear un láser P-QS que comprende un SA para provocar la liberación de un pulso de luz cuando el SA está saturado; detectar la liberación del pulso de luz por un fotodetector de pulsos QS; y, después de un tiempo suficiente para que el pulso de luz viaje hasta un objetivo y regrese al láser QS en función de la liberación del pulso de luz detectado, activar un receptor que comprende uno o más PD de Ge durante un período de tiempo limitado para recibir el pulso de luz reflejado. En algunas realizaciones, el láser QS opera en la banda espectral de infrarrojos de onda corta (SWIR).
En algunas realizaciones, el SA se selecciona entre el grupo que consiste en Co2+:MgAl2O4, Co2+:Espinela, Co2+:ZnSe, otros cristales dopados con cobalto, V3+:YAG, vidrios dopados, puntos cuánticos, espejo SA semiconductor (SESAM) y Cr4+YAG SA. En algunas realizaciones, el período de tiempo limitado es equivalente a un tiempo de integración durante el cual la potencia de corriente oscura del PD de Ge no supera la potencia de ruido kTC del PD de Ge.
En algunas realizaciones, el receptor produce señales eléctricas en respuesta al pulso de luz reflejada recibido por los PD de Ge, en donde las señales eléctricas son representativas de imágenes del objetivo iluminado por el pulso de luz. En algunas realizaciones, las señales eléctricas son procesadas por un procesador de imágenes interno o un procesador de imágenes externo en una imagen del objetivo. En algunas realizaciones, la imagen del objetivo se procesa para proporcionar una o más de las siguientes informaciones: advertencia de colisión frontal, advertencia de abandono de carril, reconocimiento de señales de tráfico y detección de peatones o vehículos que se aproximan.
Algunas realizaciones ejemplares se refieren a un sistema y método para formar imágenes SWIR activas de alta SNR utilizando PD basados en Ge. En algunas realizaciones, el sistema de formación de imágenes es un sistema de formación de imágenes controladas. En algunas realizaciones, la fuente de iluminación pulsada es un láser activo o P-QS.
Ahora se hace referencia a las Figuras 3A, 3B y 3C que muestran, respectivamente, un diagrama de flujo y dibujos esquemáticos de un método de funcionamiento de un sistema de formación de imágenes SWIR activo según algunas realizaciones. El proceso 300 mostrado en la Figura 3A se basa en el sistema 100' tal como se describe con referencia a la Figura 1B. En la etapa 302, la bomba 124 de fuente 102A de iluminación se activa para bombear medio 122 de ganancia. En la etapa 304, el elemento QS 126A activo libera un pulso de luz en dirección a un objetivo 104 que está a una distancia de D. En la etapa 306, en el Tiempo = T, el pulso de luz incide en el objetivo 104 y genera radiación reflejada hacia el sistema 100' y el receptor 110. En la etapa 308, tras esperar un tiempo = T2, el receptor 110 se activa para recibir la radiación reflejada. El retardo T2 de propagación de retorno consiste en el tiempo de vuelo del pulso desde la fuente 102A de iluminación hasta el objetivo 104 más el tiempo de vuelo de la señal óptica reflejada desde el objetivo 104. Por lo tanto, T2 es conocido para un objetivo 104 a una distancia "D" de la fuente 102A de iluminación y el receptor 110. El período de activación del receptor 110 At se determina en función de la profundidad
de visión (DoV, por sus siglas en inglés) requerida. La DoV viene dada por 2DoV=c* At, donde c es la velocidad de la luz. Un At típico de 100 ns proporciona una profundidad de visión de 15 metros. En la etapa 310, la radiación reflejada es recibida por el receptor 110 durante un periodo de At. Los datos recibidos del receptor 110 son procesados por el procesador 114 de imágenes (o un procesador de imágenes externo) para generar una imagen recibida. El proceso 300 se puede repetir N veces en cada campo de imagen, donde un campo de imagen se define como el conjunto de datos transferidos desde el receptor 110 al procesador 114 de imágenes (o a un procesador de imágenes externo). En algunas realizaciones, N está entre 1 y 10.000.
Ahora se hace referencia a las Figuras 4A, 4B y 4C, que muestran, respectivamente, un diagrama de flujo y dibujos esquemáticos de un método de funcionamiento ejemplar de un sistema de formación de imágenes SWIR activo según algunas realizaciones. Un proceso 400 mostrado en la Figura 4A se basa en el sistema 100" tal como se describe con referencia a la Figura 1C. En la etapa 402, la bomba 124 de la fuente 102P de iluminación se activa para bombear medio 122 de ganancia y para saturar SA 126P. En la etapa 404, después de alcanzar un nivel de saturación, el SA 126P libera un pulso de luz en la dirección de un objetivo 430 a una distancia de D. En la etapa 406, el fotodetector 128 de pulso QS detecta el pulso de luz liberado. En la etapa 408, en el Tiempo = T, el pulso de luz incide en el objetivo 430 y genera radiación reflejada de vuelta hacia el sistema 100" y el receptor 110. En la etapa 410, después de esperar un tiempo = T2 tras la detección de un pulso de luz liberado por el fotodetector 128 de pulsos QS, el receptor 110 se activa para recibir la radiación reflejada. El retardo T2 de propagación de retorno consiste en el tiempo de vuelo del pulso desde la fuente 102P hasta el objetivo 430 más el tiempo de vuelo de la señal óptica reflejada desde el objetivo 430. Por lo tanto, T2 es conocido para un objetivo 430 a una distancia "D" de la fuente 102P de iluminación y el receptor 110. El período de activación de At se determina en función de la profundidad de visión requerida (DoV). En la etapa 412, la radiación reflejada es recibida por el receptor 110 durante un periodo de At. Los datos recibidos desde el receptor 110 son procesados por el procesador 114 de imágenes (o por un procesador de imágenes externo) para generar una imagen recibida. El proceso 400 se puede repetir N veces en cada campo de imagen. En algunas realizaciones, N está entre 1 y 10.000.
Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, se ha de señalar que cualquiera de esos sistemas de formación de imágenes puede incluir circuitos de lectura para leer, después del tiempo de integración, una acumulación de carga recogida por cada uno de los PD de Ge, para proporcionar la señal de detección para el PD respectivo. Es decir, a diferencia de los LIDAR u otros sensores de profundidad, el proceso de lectura puede ejecutarse después de la conclusión del tiempo de integración y, por lo tanto, después de que la señal de una amplia gama de distancias se sume irreversiblemente.
Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, opcionalmente el receptor 110 emite un conjunto de señales de detección representativas de la carga acumulada por cada uno de la pluralidad de PD de Ge durante el tiempo de integración, en donde el conjunto de señales de detección es representativo de las imágenes del objetivo iluminado por al menos un pulso de radiación SWIR.
Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, el sistema de formación de imágenes puede presentar opcionalmente al menos un elemento de óptica de difracción (DOE, por sus siglas en inglés) operativo para mejorar la uniformidad de iluminación de la luz de la fuente de iluminación pulsada antes de la emisión de luz hacia el objetivo. Tal como se ha mencionado más arriba, una fuente 102 de luz pulsada de alta potencia máxima puede emitir una distribución de iluminación insuficientemente uniforme sobre diferentes partes del FOV. El DOE (no ilustrado) puede mejorar la uniformidad de la iluminación para generar imágenes de alta calidad del FOV. Se ha de señalar que, por lo general, no se requiere una uniformidad de iluminación equivalente en los sistemas LIDAR y otros sensores de profundidad, que, por lo tanto, pueden no incluir elementos DOE por razones de costo, complejidad del sistema, volumen del sistema, etc. En los sistemas LIDAR, por ejemplo, siempre que todo el FOV reciba suficiente iluminación (por encima de un umbral que permita la detección del objetivo a una distancia mínima requerida), no importa si algunas áreas del FOV reciben una densidad de iluminación sustancialmente mayor que otras partes del FOV. El DOE del sistema 100, si se implementa, se puede usar, por ejemplo, para reducir los efectos de granularidad. Se ha de señalar que los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes también pueden incluir otros tipos de óptica para dirigir la luz desde la fuente 102 de luz al FOV, como lentes, espejos, prismas, guías de ondas, etc.
Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, el controlador 112 puede estar opcionalmente operativo para activar el receptor 110 para adquirir secuencialmente una serie de imágenes controladas, cada una representativa de las señales de detección de los diferentes PD de Ge en un intervalo de distancia diferente, y un procesador de imágenes operativo para combinar la serie de imágenes en una única imagen bidimensional. Por ejemplo, una primera imagen puede adquirir luz entre 0 y 50 m, una segunda imagen puede adquirir luz entre 50 y 100 m y una tercera imagen puede adquirir luz entre 100 y 125 m desde el sensor de formación de imágenes, y el procesador 114 de imágenes puede combinar la pluralidad de imágenes 2D en una sola imagen 2D. De esta manera, cada intervalo de distancia se captura con un ruido de corriente oscura acumulado que aún es menor que el ruido de lectura introducido por el circuito de lectura, a expensas de usar más pulsos de luz y más cálculo. El valor de color para cada píxel de la imagen final (por ejemplo, el valor de la escala de grises) se puede determinar en función de los píxeles respectivos en las imágenes controladas (por ejemplo, un máximo de todos los valores o un promedio ponderado).
Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, el sistema de formación de imágenes puede ser un sistema de formación de imágenes SWIR basado en Ge no enfriado, operativo para detectar un objetivo de 1 m x 1 m con una reflectancia SWIR (en el intervalo espectral pertinente) del 20% a una distancia de más de 50 m.
Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, la fuente 102 de iluminación pulsada puede ser un láser QS operativo para emitir pulsos de láser seguros para los ojos que tienen una energía de pulso entre 10 milijulios y 100 milijulios. Si bien no es necesariamente así, la longitud de onda de iluminación se puede seleccionar para que coincida con una banda de absorción solar (por ejemplo, la longitud de onda de iluminación puede estar entre 1,3 pm y 1,4 pm).
Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, la señal de salida por cada PD de Ge utilizada para la generación de imágenes puede ser representativa de un solo escalar para cada PD. Con referencia a todos los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, cada PD puede emitir una señal acumulada que sea representativa de una amplia gama de distancias. Por ejemplo, algunos, la mayoría o todos los PD de Ge del receptor 110 pueden emitir señales de detección que son representativas en cada caso de la luz reflejada en el PD respectivo desde 20 m, desde 40 m y desde 60 m.
Otra característica distintiva de los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes sobre muchos sistemas de la técnica conocida consiste en que la iluminación pulsada no se usa para congelar el movimiento rápido de objetos en el campo (a diferencia de la iluminación con flash de fotografía, por ejemplo) y la misma se usa para escenas estáticas. Otra característica distintiva de los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes sobre muchos sistemas de la técnica conocidos consiste en que el control de la imagen no se usa principalmente para evitar el ruido interno en el sistema, en comparación con el ruido externo, que es una molestia para parte de la técnica conocida (por ejemplo, la luz solar).
Se ha de señalar que cualquiera de los componentes, características, modos de operación, arquitecturas de sistema y relaciones internas analizados más arriba con respecto a los sistemas 100, 100' y 100" puede implementarse, mutatis mutandis, en cualquiera de los sistemas EO que se analizan más abajo, como los sistemas 700, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2300 y 3600.
La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un método 500 para generar imágenes SWIR de objetos en un FOV de un sistema EO, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. Con referencia a los ejemplos expuestos con respecto a los dibujos anteriores, el método 500 puede ser ejecutado por cualquiera de los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes. Se ha de señalar que el método 500 también puede ser implementado por cualquier sistema de formación de imágenes activo descrito más abajo (como los sistemas 700, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2300 y 3600).
El método 500 comienza con una etapa (o "fase") 510 que consiste en emitir al menos un pulso de iluminación hacia el FOV, como resultado de lo cual la radiación SWIR se refleja desde al menos un objetivo. De aquí en adelante, "etapa" y "fase" se usan indistintamente. Opcionalmente, el uno o más pulsos pueden ser pulsos de alta potencia máxima. Puede ser necesario utilizar múltiples pulsos de iluminación, por ejemplo, para lograr un nivel general de iluminación más alto en comparación con un solo pulso. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 510 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el controlador 112.
Una etapa 520 incluye disparar la iniciación de la adquisición continua de señales por un receptor de formación de imágenes que incluye una pluralidad de PD de Ge (en el sentido arriba analizado con respecto al receptor 110) que es operativo para detectar la radiación SWIR reflejada. La adquisición continua de señales de la etapa 520 significa que la carga se acumula de forma continua e irreversible (es decir, es imposible saber qué nivel de carga se ha recogido en un tiempo intermedio), y no en pequeños incrementos. El disparo de la etapa 520 puede ejecutarse antes de la etapa 510 (por ejemplo, si la matriz de detectores requiere un tiempo de incremento progresivo), simultáneamente con la etapa 510, o después de la conclusión de la etapa 510 (por ejemplo, para comenzar a detectar a una distancia distinta de cero del sistema). Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 520 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el controlador 112.
Una etapa 530 comienza después del disparo de la etapa 520 e incluye recoger para cada uno de la pluralidad de PD de Ge, como resultado del disparo, la carga resultante de al menos la incidencia de la radiación de reflexión SWIR en el PD de Ge respectivo, la corriente oscura que es mayor que 50 pA/cm2, el ruido de corriente oscura dependiente del tiempo de integración y el ruido de lectura independiente del tiempo de integración. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 530 puede ser realizada opcionalmente por el receptor 110.
Una etapa 540 incluye el disparo del cese de la recogida de la carga cuando la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de corriente oscura sigue siendo menor que la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de lectura independiente del tiempo de integración. El tiempo de integración es la duración de la etapa 530 hasta el cese de la etapa 540. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 540 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el controlador 112.
Una etapa 560 se ejecuta una vez concluida la etapa 540, e incluye generar una imagen del FOV basada en los niveles de carga recogidos por cada uno de la pluralidad de PD de Ge. Como se ha mencionado anteriormente con respecto a los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, la imagen generada en la etapa 560 es una imagen 2D sin información de profundidad. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 560 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el procesador 114 de imágenes.
Opcionalmente, el cese de la recogida como consecuencia de la etapa 540 puede ir seguido de una etapa 550 opcional consistente en leer mediante circuitos de lectura una señal correlacionada con la cantidad de carga recogida por cada uno de los PD de Ge, amplificar la señal de lectura y proporcionar las señales amplificadas (opcionalmente después de un procesamiento adicional) a un procesador de imágenes que lleva a cabo la generación de la imagen como etapa 560. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 550 puede ser realizada opcionalmente por los circuitos de lectura (no ilustrados arriba, pero pueden ser equivalentes a cualquiera de los circuitos de lectura analizados más abajo, como los circuitos 1610, 2318 y 3630 de lectura). Se advierte que la etapa 550 es opcional porque se pueden implementar otros métodos adecuados para leer los resultados de detección de los PS de Ge.
Opcionalmente, la salida de señal de cada uno de los múltiples PD de Ge es un escalar indicativo de la cantidad de luz reflejada desde 20 m, luz reflejada desde 40 m y luz reflejada desde 60 m.
Opcionalmente, la generación de la etapa 560 puede incluir generar la imagen basada en un valor escalar leído para cada uno de la pluralidad de PD de Ge. Opcionalmente, la emisión de la etapa 510 puede incluir aumentar la uniformidad de iluminación de la iluminación láser pulsada pasando la iluminación láser pulsada (por uno o más láseres) a través de al menos un elemento de óptica de difracción (DOE) y emitiendo la luz restada al FOV. Opcionalmente, la corriente oscura es superior a 50 picoamperios por PD de Ge. Opcionalmente, los PD de Ge son PD de Si-Ge, cada uno de los cuales incluye silicio y Ge. Opcionalmente, la emisión se realiza mediante al menos un láser QS activo. Opcionalmente, la emisión se realiza mediante al menos un láser P-QS. Opcionalmente, la recogida se ejecuta cuando el receptor está funcionando a una temperatura superior a 30 °C, y procesando la imagen del FOV para detectar una pluralidad de vehículos y una pluralidad de peatones en una pluralidad de intervalos entre 50 m y 150 m. Opcionalmente, la emisión incluye emitir una pluralidad de pulsos de iluminación que tienen una energía de pulso entre 10 milijulios y 100 milijulios en un ojo desprotegido de una persona a una distancia de menos de 1 m sin dañar el ojo.
Como se ha mencionado anteriormente con respecto a los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes activos, varias imágenes controladas pueden combinarse en una sola imagen. Opcionalmente, el método 500 puede incluir repetir varias veces la secuencia de emisión, disparo, recogida y cese; disparar la adquisición en un momento diferente de la emisión de luz en cada secuencia. En cada secuencia, el método 500 puede incluir la lectura desde el receptor de un valor de detección para cada uno de los PD de Ge correspondientes a un intervalo de distancia diferente superior a 2 m (por ejemplo, 2,1 m, 5 m, 10 m, 25 m, 50 m, 100 m). La generación de la imagen en la etapa 560 en tal caso incluye la generación de una sola imagen bidimensional basada en los valores de detección leídos desde los diferentes PD de Ge en las diferentes secuencias. Se ha de señalar que, dado que solo se toman varias imágenes, las imágenes controladas no son escasas (es decir, en todas o en la mayoría de ellas hay valores de detección para muchos de los píxeles). También se ha de señalar que las imágenes controladas pueden tener intervalos de distancia superpuestos. Por ejemplo, una primera imagen puede representar el intervalo de distancias de 0 a 60 m, una segunda imagen puede representar el intervalo de distancias de 50 a 100 m, y una tercera imagen puede representar el intervalo de distancias de 90 a 120 m.
Las Figuras 6 a 11C muestran los sistemas electroópticos (EO) SWIR y los láseres P-QS que se pueden usar en dichos sistemas, así como métodos para operar y fabricar dichos láseres.
La Figura 10 es un diagrama de bloques funcional esquemático que ilustra un ejemplo de sistema óptico 700 SWIR, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El sistema 700 comprende al menos el láser P-QS 600, pero también puede comprender, como se muestra en la Figura 10, componentes adicionales tales como:
a. Un sensor 702 operativo para detectar la luz reflejada desde el FOV del sistema 700, y especialmente la iluminación reflejada del láser 600 reflejada por objetos externos 910. Con referencia a los otros ejemplos, el sensor 702 puede implementarse como receptor de formación de imágenes, PDA o dispositivos de fotodetección analizados en la presente divulgación, tales como los componentes 110, 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800, 1900, 2302 y 3610.
b. Un procesador 710 operativo para procesar los resultados de detección del sensor 702. La salida del procesamiento puede ser una imagen del FOV, un modelo de profundidad del FOV, un análisis espectroscópico de una o más partes del FOV, información de objetos identificados en el FOV, estadísticas de luz en el FOV, o cualquier otro tipo de salida. Con referencia a los otros ejemplos, el procesador 710 puede implementarse como cualquiera de los procesadores analizados en la presente divulgación, como los procesadores 114, 1908, 2304 y 3620.
c. Un controlador 712, operativo para controlar la actividad del láser 600 y/o el procesador 710. Por ejemplo, el controlador 712 puede incluir controlar el tiempo, la sincronización y otros parámetros operativos del procesador
710 y/o el láser 600. Con referencia a los otros ejemplos, el controlador 712 puede implementarse como uno cualquiera de los otros controladores analizados en la presente divulgación, como los controladores 112, 1338, 2314 y 3640.
Opcionalmente, el sistema 700 puede incluir una PDA 706 SWIR sensible a la longitud de onda del láser. De esta manera, el sistema óptico SWIR puede servir como una cámara SWIR activa, un sensor de tiempo de vuelo (ToF, por sus siglas en inglés) SWIR, un sensor de detección y alcance de luz SWIR (LIDAR, por sus siglas en inglés), etc. El sensor ToF puede ser sensible a la longitud de onda del láser. Opcionalmente, la PDA puede ser una PDA basada en CMOS que sea sensible a las frecuencias SWIR emitidas por el láser 600, tal como una PDA basada en CMOS diseñada y fabricada por TriEye LTD. de Tel Aviv, Israel.
Opcionalmente, el sistema 700 puede incluir un procesador 710 para procesar datos de detección de la PDA SWIR (o cualquier otro sensor sensible a la luz del sistema 700). Por ejemplo, el procesador puede procesar la información de detección para proporcionar una imagen SWIR de un campo de visión (FOV) del sistema 700, para detectar objetos en el FOV, etc. Opcionalmente, el sistema óptico SWIR puede incluir un sensor SWIR de tiempo de vuelo (ToF) sensible a la longitud de onda del láser, y un controlador operativo para sincronizar el funcionamiento del sensor SWIR ToF y el láser P-QS SWIR con el fin de detectar una distancia a al menos un objeto en el campo de visión del sistema óptico SWIR. Opcionalmente, el sistema 700 puede incluir un controlador 712 operativo para controlar uno o más aspectos de una operación de láser 600 u otros componentes del sistema, como la matriz de fotodetectores (por ejemplo, matriz de plano focal, FPA, por sus siglas en inglés). Por ejemplo, algunos de los parámetros del láser que pueden ser controlados por el controlador incluyen sincronización, duración, intensidad, enfoque, etc. Si bien no es necesariamente así, el controlador puede controlar el funcionamiento del láser basándose en los resultados de detección de la PDA (directamente o basándose en el procesamiento por parte del procesador). Opcionalmente, el controlador puede estar operativo para controlar la bomba láser u otro tipo de fuente de luz para influir en los parámetros de activación del láser. Opcionalmente, el controlador puede estar operativo para cambiar dinámicamente la tasa de repetición de pulsos. Opcionalmente, el controlador puede estar operativo para controlar la modificación dinámica de la óptica de modelado de luz, por ejemplo para mejorar una relación señal/ruido (SNR) en regiones específicas del campo de visión. Opcionalmente, el controlador puede estar operativo para controlar el módulo de iluminación con el fin de cambiar dinámicamente la energía y/o la duración del pulso (por ejemplo, de la misma manera posible para otros láseres P-QS, como cambiar el enfoque del láser de bombeo, etc.).
Además y opcionalmente, el sistema 700 puede incluir un control de temperatura (por ejemplo, control de temperatura pasivo, control de temperatura activo) para controlar la temperatura del láser en general, o de uno o más de sus componentes (por ejemplo, del diodo de bomba). Dicho control de temperatura puede incluir, por ejemplo, un enfriador termoeléctrico (TEC, por sus siglas en inglés), un ventilador, un disipador de calor, un calentador de resistencia bajo un diodo de bombeo, etc.
Además y opcionalmente, el sistema 700 puede incluir otro láser utilizado para blanquear al menos uno de GM 602 y SA 604. Opcionalmente, el sistema 700 puede incluir un detector fotosensible interno (por ejemplo, uno o más PD como la PDA 706) que está operativo para medir un tiempo en el que el láser 600 genera un pulso (por ejemplo, como PD 226 tal como se ha descrito más arriba). En tal caso, el controlador 740 puede estar operativo para emitir, en función de la información de tiempo obtenida del detector 706 fotosensible interno, una señal de disparo para la PDA 706 (u otro tipo de cámara o sensor 702) que detecta el reflejo de la luz láser desde objetos en el campo de visión del sistema 700.
La industria principal que ha requerido grandes volúmenes de láseres en el intervalo espectral anteriormente mencionado (1,3-1,5 pm) es la industria electrónica para el almacenamiento de datos ópticos, que redujo el costo de los láseres de diodos a dólares, o menos, por dispositivo, por vatio. Sin embargo, esos láseres no son adecuados para otras industrias, como la industria automotriz, que requieren láseres con una potencia máxima y un brillo del haz considerablemente mayores, y que se utilizarán en condiciones ambientales adversas.
Se ha de señalar que no existe un consenso científico con respecto al intervalo de longitudes de onda que se considera parte del espectro SWIR. No obstante, a los efectos de la presente divulgación, el espectro SWIR incluye radiación electromagnética en longitudes de onda superiores a la del espectro visible, y que incluyen como mínimo el intervalo espectral entre 1.300 y 1.500 nm.
Si bien no están limitados a estos usos, uno o más láseres P-QS 600 pueden ser utilizados como fuente 102 de iluminación de cualquiera de los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes. El láser 600 puede usarse en cualquier otro sistema EO que opere en el intervalo SWIR que requiere iluminación pulsada, como LIDAR, espectrógrafos, sistemas de comunicación, etc. Se ha de señalar que los láseres 600 propuestos y los métodos para la fabricación de dichos láseres permiten la fabricación de gran volumen de láseres que funcionan en el intervalo espectral SWIR con costes de producción relativamente bajos.
El láser P-QS 600 incluye al menos un medio 602 de ganancia cristalina (en adelante, el medio de ganancia también se denomina "GM", por sus siglas en inglés), un SA cristalino 604, y una cavidad óptica 606 en la que están confinados los materiales cristalinos anteriormente mencionados, para permitir que la luz que se propaga dentro del medio 602 de ganancia se intensifique hacia la producción de un haz 612 de luz láser (ilustrado por ejemplo en la Figura 8). La
cavidad óptica también se conoce con los términos "resonador óptico" y "cavidad resonante", e incluye un espejo 608 de alta reflectancia (también conocido como "reflector alto") y un acoplador 610 de salida. Más abajo se analizan varias combinaciones únicas y novedosas de materiales cristalinos de diferentes tipos, y el uso de técnicas de fabricación variadas para fabricar los láseres, lo que permite la fabricación de gran volumen de láseres a precios razonables para el intervalo espectral SWIR. Los detalles generales que son generalmente conocidos en la técnica con respecto a los láseres P-QS no se proporcionan aquí por razones de concisión de la descripción, pero están fácilmente disponibles en una amplia variedad de recursos. El absorbente saturable del láser sirve como conmutador Q para el láser, como es sabido en la técnica. La expresión "material cristalino" incluye en líneas generales cualquier material que esté en forma monocristalina o forma policristalina.
Las dimensiones del medio de ganancia cristalino conectado y del SA cristalino pueden depender del propósito para el que esté diseñado un láser P-QS 600 específico. En un ejemplo no limitativo, una longitud combinada del SA y el GM está entre 5 y 15 milímetros. En un ejemplo no limitativo, la longitud combinada del SA y el GM está entre 2 y 40 milímetros. En un ejemplo no limitativo, un diámetro de la combinación de SA y GM (por ejemplo, si es un cilindro redondo, o está confinado dentro de un cilindro imaginario de este tipo) está entre 2 y 5 milímetros. En un ejemplo no limitativo, un diámetro de la combinación de SA y GM está entre 0,5 y 10 milímetros.
El láser 600 P-QS incluye un material cristalino de medio de ganancia (GMC) que está conectado rígidamente a un material cristalino de SA (SAC, por sus siglas en inglés). El acoplamiento rígido se puede implementar de cualquiera de las formas conocidas en la técnica, como el uso de adhesivo, unión por difusión, unión de cristales compuestos, crecimiento uno encima del otro, etc. Sin embargo, tal como se analiza más abajo, los materiales cristalinos que se conectan rígidamente que están en forma cerámica se pueden lograr usando medios simples y económicos. Se ha de señalar que el GMC y el material SAC pueden estar conectados directamente entre sí de forma rígida, pero opcionalmente pueden estar conectados rígidamente entre sí a través de un objeto intermedio (por ejemplo, otro cristal). En alguna implementación, tanto el medio de ganancia como el SA pueden implementarse en una sola pieza de material cristalino, dopando diferentes partes de la pieza única de material cristalino con diferentes dopantes (como los que se analizan más abajo con respecto a los materiales SAC y los materiales GMC), o codopando una sola pieza de material cristalino, dopando el mismo volumen del material cristalino con los dos dopantes (por ejemplo, un YAG cerámico codopado con N3+ y V3+). Opcionalmente, el medio de ganancia se puede desarrollar sobre un sustrato absorbente saturable monocristalino (por ejemplo, utilizando Epitaxia en Fase Líquida, LPE, por sus siglas en inglés). Se ha de señalar que el material GMC separado y el material cristalino SA se analizan extensamente en la divulgación más abajo, una sola pieza de material cerámico cristalino dopado con dos dopantes también se puede usar en cualquiera de las siguientes implementaciones, mutatis mutandis.
Las Figuras 7A, 7B y 7C son diagramas de bloques funcionales esquemáticos que ilustran ejemplos de láser P-QS 600, de acuerdo con la materia actualmente divulgada. En la Figura 7A, los dos dopantes se implementan en dos partes del material cristalino 614 común (actuando como GM y también como SA), mientras que en la Figura 7B los dos dopantes se implementan indistintamente en un volumen común del material cristalino 614 común (en el caso ilustrado - la totalidad del cristal común). Opcionalmente, el GM y el SA pueden implementarse en una sola pieza de material cristalino dopado con neodimio y al menos otro material. Opcionalmente (por ejemplo, como se ejemplifica en la Figura 7C), el acoplador 610 de salida o el espejo 608 de alta reflectancia, o ambos, se puede pegar directamente a uno de los materiales cristalinos (por ejemplo, el GM o el SA, o un cristal que combine ambos).
Al menos uno del SAC y el GMC es un material cristalino cerámico, que es el material cristalino relevante (por ejemplo, granate de itrio y aluminio dopado, YAG, vanadio dopado) en una forma cerámica (por ejemplo, una forma policristalina). Tener un material monocristalino y especialmente ambos en forma cerámica permite la producción en cantidades más altas y con costes más bajos. Por ejemplo, en lugar de desarrollar materiales monocristalinos separados en un proceso lento y limitado, los materiales policristalinos pueden fabricarse mediante sinterización de polvos (es decir, compactación y posiblemente calentamiento de un polvo para formar una masa sólida), sinterización a baja temperatura, sinterización al vacío, etc. Uno de los materiales cristalinos (SAC o GMC) se puede sinterizar sobre el otro, lo que elimina la necesidad de procesos complejos y costosos como el pulido, la unión por difusión o la unión activada por superficie. Opcionalmente, al menos uno de GMC y SAC es policristalino. Opcionalmente, tanto el GMC como el SAC son policristalinos.
Con referencia a las combinaciones de materiales cristalinos a partir de los cuales se pueden producir el GMC y el SAC, dichas combinaciones pueden incluir:
a. El GMC es granate cerámico de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG) y el SAC es (a) granate cerámico de itrio y aluminio dopado con vanadio de tres valencias (V3+:YAG), o (b) un material cristalino dopado con cobalto cerámico. Opcionalmente, el material cerámico cristalino dopado con cobalto puede ser un material cerámico cristalino dopado con cobalto de dos valencias. En dichas alternativas, tanto el Nd:YAG como el SAC seleccionados entre el grupo arriba mencionado están en forma cerámica. Un material cristalino dopado con cobalto es un material cristalino que está dopado con cobalto. Los ejemplos incluyen espinela dopada con cobalto (Co:Espinela o Co2+:MgAl2O4), seleniuro de zinc dopado con cobalto (Co2+:ZnSe), YAG dopado con cobalto (Co2+:YAG). Si bien no es necesariamente así, el espejo de alta reflectancia y el SA en esta opción pueden opcionalmente estar conectados rígidamente al medio de ganancia y al SA, de modo que el láser P-QS sea un láser P-QS de microchip monolítico (por ejemplo, como se ejemplifica en las Figuras 8 y 10).
b. El GMC es un granate cerámico de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG), y el SAC es un SAC no cerámico seleccionado entre un grupo de materiales cerámicos dopados que consiste en: (a) granate de itrio y aluminio dopado con vanadio de tres valencias (V3+:YAG) y (b) materiales cristalinos dopados con cobalto. Opcionalmente, el material cristalino dopado con cobalto puede ser un material cristalino dopado con cobalto de dos valencias. En tal caso, el espejo 608 de alta reflectancia y el acoplador 610 de salida están conectados rígidamente al medio de ganancia y al SA, de modo que el láser P-QS 600 es un láser P-QS de microchip monolítico.
c. El GMC, que es un material cristalino cerámico de un elemento de las tierras raras dopado con neodimio, y el SAC es un material cristalino cerámico seleccionado entre un grupo de materiales cristalinos dopados que consiste en: (a) granate de itrio y aluminio dopado con vanadio de tres valencias (V3+:YAG) y (b) materiales cristalinos dopados con cobalto. Opcionalmente, el material cristalino dopado con cobalto puede ser un material cristalino dopado con cobalto de dos valencias. Aunque no necesariamente, en esta opción el espejo 608 de alta reflectancia y el acoplador 610 de salida pueden opcionalmente estar conectados rígidamente al medio de ganancia y al SA, de modo que el láser P-QS 600 es un P-QS láser de microchip monolítico.
Se ha de señalar que, en cualquiera de las implementaciones, un material cristalino dopado puede doparse con más de un dopante. Por ejemplo, el SAC se puede dopar con el dopante principal arriba descrito y con al menos otro material dopante (por ejemplo, en cantidades significativamente menores). Un material cristalino de elemento de las tierras raras dopado con neodimio es un material cristalino cuya célula unitaria comprende un elemento de las tierras raras (uno de un grupo bien definido de 15 elementos químicos, incluidos los quince elementos lantánidos, así como el escandio y el itrio) y que está dopado con neodimio (por ejemplo, neodimio triplemente ionizado) que reemplaza al elemento de las tierras raras en una fracción de las células unitarias. Algunos ejemplos no limitativos de material cristalino de elemento de las tierras raras dopado con neodimio que pueden usarse en la divulgación son:
a. Nd:YAG (tal como se ha mencionado más arriba), ácido túngstico, itrio y potasio dopado con neodimio (Nd:KYW), fluoruro de litio e itrio dopado con neodimio (Nd:YLF), ortovanadato de itrio dopado con neodimio (YVO4), en todos los cuales el elemento de las tierras raras es Neodimio, Nd.
b. Ortovanadato de gadolinio dopado con neodimio (Nd:GdVO4), Granate de Galio y Gadolinio dopado con neodimio (Nd:GGG), tungstato de gadolinio y potasio dopado con neodimio (Nd:KGW), en todos los cuales el elemento de las tierras raras es gadolinio, Gd).
c. Borato de escandio y lantano dopado con neodimio (Nd:LSB), en el que el elemento de las tierras raras es escandio).
d. Se pueden usar otros materiales cristalinos de elementos de las tierras raras dopados con neodimio, en los que el elemento de las tierras raras puede ser itrio, gadolinio, escandio o cualquier otro elemento de las tierras raras.
El siguiente análisis se aplica a cualquiera de las combinaciones opcionales de GMC y SAC.
Opcionalmente, el GMC está rígidamente conectado directamente al SAC. Alternativamente, el GMC y el SAC pueden estar conectados indirectamente (por ejemplo, estando conectado cada uno del SAC y el GMC a través de un grupo de uno o más materiales cristalinos intermedios y/o a través de otro u otros materiales sólidos transparentes a las longitudes de onda relevantes). Opcionalmente, el SAC y/o el GMC son transparentes a las longitudes de onda relevantes.
Opcionalmente, el SAC puede consistir en espinela dopada con cobalto (Co Co2+:MgAl2O4). Opcionalmente, el SAC puede consistir en YAG dopado con cobalto (Co:YAG). Opcionalmente, esto puede permitir el dopaje conjunto de cobalto y neodimio Nd en el mismo YAG. Opcionalmente, el SAC puede consistir en seleniuro de zinc dopado con cobalto (Co2+:ZnSe). Opcionalmente, el GMC puede consistir en un material cristalino dopado con cobalto cerámico.
Opcionalmente, una transmisión inicial (T0) del SA está entre el 75% y el 90%. Opcionalmente, la transmisión inicial del SA está entre el 78% y el 82%.
Las longitudes de onda emitidas por el láser dependen del material utilizado en su construcción, y especialmente de los materiales y dopantes del GMC y el SAC. Algunos ejemplos de longitudes de onda de salida incluyen longitudes de onda en el intervalo de 1.300 nm y 1.500 nm. Algunos ejemplos más específicos incluyen 1,32 gm o alrededor de 1,32 gm (por ejemplo, 1,32 gm ± 3 nm), 1,34 gm o alrededor de 1,34 gm (por ejemplo, 1,34 gm ± 3 nm), 1,44 gm o alrededor de 1,44 gm (por ejemplo, 1,44 gm ± 3 nm). En el sistema óptico 700 SWlR puede incluirse un generador de imágenes correspondiente sensible a uno o más de estos intervalos de frecuencia de luz (por ejemplo, como se ejemplifica en la Figura 10).
Las Figuras 8 y 9 son diagramas funcionales esquemáticos que ilustran el sistema óptico 700 SWIR, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. Como se ejemplifica en estas ilustraciones, el láser 600 puede incluir componentes adicionales además de los analizados más arriba, tales como (entre otros):
a. Una fuente de luz como una lámpara de destellos 616 o un diodo láser 618 que sirve como bomba para el láser. Con referencia a los ejemplos anteriores, la fuente de luz puede servir como bomba 124.
b. Óptica 620 de enfoque (por ejemplo, lentes) para enfocar la luz de la fuente (por ejemplo, 618) de luz sobre el eje óptico del láser 600.
c. Un difusor u otra óptica 622 para manipular el rayo láser 612 después de que salga de la cavidad óptica 606.
Opcionalmente, el sistema óptico 700 SWIR puede incluir óptica 708 para propagar el láser sobre un FOV más amplio, para mejorar los aspectos de seguridad ocular en el FOV. Opcionalmente, el sistema óptico 700 SWIR puede incluir óptica 704 para recoger la luz láser reflejada desde el FOV y dirigirla al sensor 702, por ejemplo, a una matriz 706 de fotodetectores (PDA), véase la Figura 10. Opcionalmente, el láser P-QS 600 es un láser de estado sólido bombeado por diodos (DPSSL, por sus siglas en inglés).
Opcionalmente, el láser P-QS 600 incluye al menos una fuente 872 de luz de bomba de diodos y óptica 620 para enfocar la luz de la fuente de luz de la bomba de diodos en el resonador óptico (cavidad óptica). Opcionalmente, la fuente de luz se coloca en el eje óptico (como una bomba final). Opcionalmente, la fuente de luz puede estar conectada rígidamente al espejo 608 de alta reflectancia o al SA 604, de tal modo que la fuente de luz es una parte de un láser P-QS de microchip monolítico. Opcionalmente, la fuente de luz del láser puede incluir una o más matrices de láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL, por sus siglas en inglés). Opcionalmente, el láser P-QS 600 incluye al menos una matriz VCSEL y óptica para enfocar la luz de la matriz VCSEL en el resonador óptico. Las longitudes de onda emitidas por la fuente de luz (por ejemplo, la bomba láser) pueden depender de los materiales cristalinos y/o dopantes utilizados en el láser. Algunos ejemplos de longitudes de onda de bombeo que pueden ser emitidas por la bomba incluyen: 808 nm o alrededor de 808 nm, 869 nm o alrededor de 869 nm, alrededor de novecientos y pico nm.
La potencia del láser puede depender de la utilización para la que está diseñado. Por ejemplo, la potencia de salida del láser puede estar entre 1 W y 5 W. Por ejemplo, la potencia de salida del láser puede estar entre 5 W y 15 W. Por ejemplo, la potencia de salida del láser puede estar entre 15 W y 50 W. Por ejemplo, la potencia de salida del láser puede estar entre 50 W y 200 W. Por ejemplo, la potencia de salida del láser puede ser superior a 200 W.
El láser QS 600 es un láser pulsado y puede tener una frecuencia diferente (tasa de repetición), una energía de pulso diferente y una duración de pulso diferente, lo que puede depender de la utilización para la que esté diseñado. Por ejemplo, una tasa de repetición del láser puede estar entre 10 Hz y 50 Hz. Por ejemplo, una tasa de repetición del láser puede estar entre 50 Hz y 150 Hz. Por ejemplo, la energía de pulso del láser puede estar entre 0,1 mJ y 1 mJ. Por ejemplo, la energía de pulso del láser puede estar entre 1 mJ y 2 mJ. Por ejemplo, la energía de pulso del láser puede estar entre 2 mJ y 5 mJ. Por ejemplo, la energía de pulso del láser puede ser superior a 5 mJ. Por ejemplo, la duración de un pulso del láser puede estar entre 10 ns y 100 ns. Por ejemplo, la duración de un pulso del láser puede estar entre 0,1 ps y 100 ps. Por ejemplo, la duración de un pulso del láser puede estar entre 100 ps y 1 ms. El tamaño del láser también puede cambiar, dependiendo por ejemplo del tamaño de sus componentes. Por ejemplo, las dimensiones del láser pueden ser X1 por X2 por X3 , en donde cada una de las dimensiones (X1, X2 , y X3) está entre 10 mm y 100 mm, entre 20 y 200 mm, etc. El espejo de acoplamiento de salida puede ser plano, curvo o ligeramente curvo.
Opcionalmente, el láser 600 también puede incluir YAG sin dopar además del medio de ganancia y del SA, para evitar que se acumule calor en una región de absorción del medio de ganancia. El YAG no dopado puede opcionalmente tener la forma de un cilindro (por ejemplo, un cilindro concéntrico) que rodea el medio de ganancia y el SA.
La Figura 11A es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo del método 1100, de acuerdo con la materia actualmente divulgada. El método 1100 es un método para fabricar piezas para un láser P-QS tal como, entre otros, el láser P-QS 600 arriba analizado. Con referencia a los ejemplos expuestos con respecto a los dibujos anteriores, el láser P-QS puede ser el láser 600. Se ha de señalar que cualquier variación analizada con respecto al láser 600 o a un componente del mismo también puede implementarse para el láser P-QS cuyas partes se fabrican en el método 1100 o un componente correspondiente del mismo, y viceversa.
El método 1100 comienza con la etapa 1102 consistente en introducir en un primer molde al menos un primer polvo, que se procesa posteriormente en el método 1100 para producir un primer material cristalino. El primer material cristalino sirve como GM o como SA del láser P-QS. En algunas implementaciones, primero se produce el medio de ganancia del láser (por ejemplo, mediante sinterización), y el SA se produce más tarde sobre el GM previamente producido (por ejemplo, mediante sinterización). En otras implementaciones, primero se produce el SA del láser, y el GM se produce después sobre el SA previamente producido. En otras implementaciones más, el SA y el GM se producen independientemente uno del otro y se acoplan para formar un solo cuerpo rígido. El acoplamiento se puede realizar como parte del calentamiento, la sinterización o posteriormente.
La etapa 1104 de método 1100 incluye introducir en un segundo molde al menos un segundo polvo diferente del al menos un primer polvo. El al menos un segundo polvo se procesa más tarde en el método 1100 para producir un segundo material cristalino. El segundo material cristalino sirve como el GM o el SA del láser P-QS (de modo que uno de SA y GM está hecho del primer material cristalino y la otra funcionalidad está hecha del segundo material cristalino).
El segundo molde puede ser diferente del primer molde. Alternativamente, el segundo molde puede ser el mismo que el primer molde. En tal caso, el al menos un segundo polvo puede introducirse, por ejemplo, encima del al menos un primer polvo (o encima del primer cuerpo verde, si ya está hecho), junto a él, alrededor de él, etc. La introducción del al menos un segundo polvo en el mismo molde del al menos un primer polvo (si se implementa) puede realizarse antes del procesamiento del al menos un primer polvo en un primer cuerpo verde, después del procesamiento del al menos un primer polvo en el primer cuerpo verde, o en algún momento durante el procesamiento de al menos un primer polvo en el primer cuerpo verde.
El primer polvo y/o el segundo polvo pueden incluir YAG triturado (o cualquiera de los otros materiales arriba mencionados como Espinela, MgAbO4, ZnSe) y materiales dopantes (por ejemplo, N3+, V3+, Co). El primer polvo y/o el segundo polvo pueden incluir materiales a partir de los cuales se produce YAG (o cualquiera de los otros materiales antes mencionados como Espinela, MgAbO4, ZnSe) y material dopante (por ejemplo, N3+, V3+, Co).
La etapa 1106 se ejecuta después de la etapa 1102, e incluye compactar el al menos un primer polvo en el primer molde para producir un primer cuerpo verde. La etapa 1104 se ejecuta después de la etapa 1108, lo que incluye compactar el al menos un segundo polvo en el segundo molde, produciendo así un segundo cuerpo verde. Si el al menos un primer polvo y el al menos un segundo polvo se introducen en el mismo molde en las etapas 1102 y 1104, la compactación de los polvos en las etapas 1106 y 1108 se puede hacer al mismo tiempo (por ejemplo, presionando el al menos un segundo polvo, que a su vez comprime el al menos un primer polvo contra el molde), pero esto no es necesariamente así. Por ejemplo, la etapa 1104 (y por lo tanto también la etapa 1108) puede ejecutarse opcionalmente después de la compresión de la etapa 1106.
La etapa 1110 incluye calentar el primer cuerpo verde para producir un primer material cristalino. La etapa 1112 incluye calentar el segundo cuerpo verde para producir un segundo material cristalino. En diferentes realizaciones, el calentamiento del primer material cristalino se puede ejecutar antes, simultáneamente, en parte simultáneamente o después de cada una de las etapas 1106 y 1110.
Opcionalmente, el calentamiento del primer cuerpo verde en la etapa 1110 precede a la compactación (y posiblemente también precede a la introducción) del al menos un segundo polvo en la etapa 1108 (y posiblemente en la etapa 1104). El primer cuerpo verde y el segundo cuerpo verde pueden calentarse por separado (por ejemplo, en tiempos diferentes, a temperaturas diferentes, a lo largo de duraciones diferentes). El primer cuerpo verde y el segundo cuerpo verde pueden calentarse juntos (por ejemplo, en el mismo horno), conectados entre sí durante el calentamiento o no. El primer cuerpo verde y el segundo cuerpo verde pueden ser sometidos a diferentes regímenes de calentamiento, que pueden compartir un cocalentamiento parcial, mientras que se calientan por separado en otras partes de los regímenes de calentamiento. Por ejemplo, el primer cuerpo verde y/o el segundo cuerpo verde pueden calentarse por separado del otro cuerpo verde, y luego los dos cuerpos verdes pueden calentarse juntos (por ejemplo, pero no necesariamente, después del acoplamiento). Opcionalmente, el calentamiento del primer cuerpo verde y el calentamiento del segundo cuerpo verde comprenden el calentamiento simultáneo del primer cuerpo verde y el segundo cuerpo verde en un solo horno. Se ha de señalar que, opcionalmente, el acoplamiento de la etapa 1114 es el resultado del calentamiento simultáneo de ambos cuerpos verdes en un solo horno. Se ha de señalar que opcionalmente, el acoplamiento de la etapa 1114 se realiza cosinterizando ambos cuerpos verdes después de estar físicamente conectados entre sí.
La etapa 1116 incluye acoplar el segundo material cristalino al primer material cristalino. El acoplamiento puede ejecutarse en cualquier forma de acoplamiento conocida en la técnica, de las cuales se han analizado más arriba varios ejemplos no limitativos con respecto al láser P-QS 600. Se ha de señalar que el acoplamiento puede tener varias subetapas, algunas de las cuales pueden entrelazarse con diferentes etapas de las etapas 1106, 1108, 1110, y 1112 de diferentes maneras en diferentes realizaciones. El acoplamiento da como resultado un solo cuerpo cristalino rígido que incluye tanto el GM como el SA.
Se ha de señalar que el método 1100 puede incluir etapas adicionales que se utilizan en la producción de cristales (y especialmente en la producción de compuestos de cristal policristalino cerámico o no cerámico de materiales policristalinos que están unidos entre sí). Algunos ejemplos no limitativos incluyen la preparación de polvo, el agotamiento del aglutinante, la densificación, el recocido, el pulido (si es necesario, como se analiza más abajo), etc.
El GM del láser P-QS en el método 1100 (que, como ha se mencionado anteriormente, puede ser el primer material cristalino o el segundo material cristalino), es un material cristalino dopado con neodimio. El SA del láser P-QS en el método 1100 (que, como se ha mencionado anteriormente, puede ser el primer material cristalino o el segundo material cristalino), se selecciona entre un grupo de materiales cristalinos que consiste en: (a) un material cristalino dopado con neodimio, y (b) un material cristalino dopado seleccionado entre un grupo de materiales cristalinos dopados que consiste en: granate de itrio y aluminio dopado con vanadio de tres valencias (V3+:YAG) y materiales cristalinos dopados con cobalto. Al menos uno de GM y SA es un material cristalino cerámico. Opcionalmente, tanto el GM como el SA son materiales cristalinos cerámicos. Opcionalmente, al menos uno de GM y SA es un material policristalino. Opcionalmente, tanto el GM como el SA son materiales policristalinos.
Si bien entre las diferentes etapas del método 1100 pueden tener lugar etapas adicionales del proceso de fabricación, en particular el pulido del primer material antes de la unión del segundo material en el proceso de sinterización no se requiere en al menos algunas de las implementaciones.
Con referencia a las combinaciones de materiales cristalinos a partir de los cuales se pueden fabricar el GMC y el SAC en el método 1100, dichas combinaciones pueden incluir:
a. El GMC es granate cerámico de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG), y el SAC es (a) granate cerámico de itrio y aluminio dopado con vanadio de tres valencias (V3+:YAG), o (b) un material cristalino cerámico dopado con cobalto. En estas alternativas, tanto el Nd:YAG como el SAC seleccionados entre el grupo arriba mencionado se encuentran en forma cerámica. Un material cristalino dopado con cobalto es un material cristalino que está dopado con cobalto. Los ejemplos incluyen espinela dopada con cobalto (Co:Espinela o CO2+:MgAhO4) seleniuro de zinc dopado con cobalto (Co2+:ZnSe). Si bien no es necesariamente así, en esta opción, el espejo de alta reflectancia y el acoplador de salida opcionalmente se pueden conectar rígidamente al GM y al SA, de modo que el láser P-QS es un láser P-QS de microchip monolítico.
b. El GMC es un granate cerámico de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG), y el SAC es un SAC no cerámico seleccionado entre un grupo de materiales cerámicos dopados que consiste en: (a) granate de itrio y aluminio dopado con vanadio de tres valencias (V3+:YAG) y (b) materiales cristalinos dopados con cobalto. En este caso, el espejo de alta reflectancia y el acoplador de salida están conectados rígidamente al GM y al SA, de modo que el láser P-QS es un láser P-QS de microchip monolítico.
c. El GMC es un material cristalino cerámico de un elemento de las tierras raras dopado con neodimio, y el SAC es un material cristalino cerámico seleccionado entre un grupo de materiales cristalinos dopados que consiste en: (a) granate de itrio y aluminio dopado con vanadio de tres valencias (V3+:YAG) y (b) materiales cristalinos dopados con cobalto. Si bien no es necesariamente así, en esta opción, el espejo de alta reflectancia y el acoplador de salida opcionalmente se pueden conectar rígidamente al GM y al SA, de modo que el láser P-QS es un láser P-QS de microchip monolítico.
Con referencia al método 1100 en conjunto, se ha de señalar que opcionalmente el SAC o GMC o ambos (y opcionalmente uno o más materiales cristalinos de conexión intermedia, si los hay) son transparentes a las longitudes de onda relevantes (por ejemplo, radiación SWIR).
Las Figuras 11B y 11C incluyen varios plazos conceptuales para la ejecución del método 1100, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. Para simplificar el dibujo, se supone que el SA es el resultado del procesamiento del al menos un primer polvo, y que el medio de ganancia es el resultado del procesamiento del al menos un segundo polvo. Como se ha mencionado más arriba, los roles pueden invertirse.
La Figura 12B muestra esquemáticamente otro ejemplo de un PS numerado 1200', que es un ejemplo de PS 1200. En el PS 1200', otros componentes 1206 están en forma de una estructura "3T" (tres transistores). Otros circuitos adecuados cualesquiera pueden servir como componentes adicionales 1206.
La fuente 1204 de corriente puede usarse para proporcionar una corriente de la misma magnitud pero de dirección opuesta a la corriente oscura generada por PD 1202, cancelando así la corriente oscura (o al menos reduciéndola). Esto es especialmente útil si el PD 1202 se caracteriza por una alta corriente oscura. De ese modo, la carga que fluye desde el PD hacia una capacitancia (que, como se ha mencionado más arriba, puede ser proporcionada por uno o más condensadores, por capacitancia parásita del PS, o por una combinación de los mismos) y la carga que resulta de la corriente oscura se puede cancelar. En particular, proporcionar mediante la fuente 1204 de corriente una corriente que es sustancialmente igual en magnitud a la corriente oscura significa que la corriente proporcionada no cancela la señal eléctrica real generada por PD 1202 como resultado de la luz detectada que incide en PD 1202.
La Figura 13A muestra un PDD 1300 de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El PDD 1300 incluye circuitos que pueden hacer coincidir de manera controlable la corriente emitida por la fuente 1204 de corriente con la corriente oscura generada por PD 1202, incluso en casos en los que la corriente oscura generada no es constante (cambia con el tiempo). Se ha de señalar que el nivel de corriente oscura generada por PD 1202 puede depender de diferentes parámetros, como la temperatura operativa y la polarización aplicada al PD (que también puede cambiar de vez en cuando).
La reducción de los efectos de la corriente oscura dentro de PS 1200 tal como se ha realizado mediante PDD 1300 (y no en etapas posteriores del procesamiento de señales, ya sea analógico o digital), permite la utilización de una capacitancia relativamente pequeña, sin saturar la capacitancia ni reducir la linealidad de su respuesta a la carga acumulada.
El PDD 1300 comprende un PS 1200 para detectar la luz incidente y un PS 1310 de referencia cuyas salidas son utilizadas por circuitos adicionales (analizados más abajo) para reducir o eliminar los efectos de la corriente oscura en PS 1200. Como el PS 1200 (y 1200'), el PS 1310 de referencia incluye un PD 1302, un VCCS 1304 y, opcionalmente, circuitos adicionales ("otros componentes", indicados colectivamente con 1306). En algunos ejemplos, el PS 1310 de referencia del PDD 1300 puede ser idéntico al PS 1200 del PDD 1300. Opcionalmente, uno o más componentes del PS 1310 pueden ser idénticos a un componente correspondiente del PS 1200. Por ejemplo, el PD 1302 puede ser sustancialmente idéntico al PD 1202. Por ejemplo, el VCCS 1304 puede ser idéntico al VCCS 1204. Opcionalmente, uno o más componentes del PS 1310 pueden diferir de los de los PS 1200 (por ejemplo, PD, fuente de corriente, circuitos adicionales). Se ha de señalar que componentes sustancialmente idénticos del PS 1200 y del PS 1310 (por
ejemplo, PD, fuente de corriente, circuitos adicionales) pueden ser operados en diferentes condiciones operativas. Por ejemplo, se pueden aplicar diferentes polarizaciones a los PD 1202 y 1302. Por ejemplo, diferentes componentes de los componentes adicionales 1206 y 1306 pueden ser operados usando diferentes parámetros, o conectar/desconectar selectivamente, incluso cuando su estructura es sustancialmente idéntica. En aras de la simplicidad y la claridad, los componentes del PS 1310 están numerados con números 1302 (para el PD), 1304 (para el VCCS) y 1306 (para los circuitos adicionales), sin implicar que esto indique que dichos componentes son diferentes de los componentes 1202, 1204 y 1206.
En algunos ejemplos se puede omitir o desconectar la referencia a circuitos adicionales 1306, para no influir en la determinación de la corriente oscura. El PD 1202 puede operar en una de: polarización inversa, polarización directa, polarización cero, o selectivamente entre dos o tres de dichas polarizaciones (por ejemplo, controlado por un controlador como el controlador 1338 analizado más abajo). El PD 1302 puede operar en una de: polarización inversa, polarización directa, polarización cero, o selectivamente entre dos o tres de dichas polarizaciones (por ejemplo, controlado por un controlador como el controlador 1338 analizado más abajo). Los PD 1202 y 1302 pueden operar sustancialmente bajo la misma polarización (por ejemplo, alrededor de -5 V, alrededor de 0 V, alrededor de 0,7 V), pero esto no es necesariamente así (por ejemplo, al probar PDD 1300, tal como se analiza con mayor detalle más abajo). Opcionalmente, un solo PS de PDD 1300 puede operar en algunos momentos como PS 1200 (detección de luz desde un campo de visión (FOV) de PDD 1300) y en otros momentos como PS 1310 (cuyas salidas de señales de detección se utilizan para determinar una tensión de control para un VCCS de otro PS 1200 del PDD). Opcionalmente, los roles del PS "activo" utilizado para detectar la luz incidente y del PS de referencia se pueden intercambiar. El PDD 1300 comprende además un circuito 1340 de generación de tensión de control que incluye al menos un amplificador 1318 y conexiones eléctricas a múltiples PS de PDD 1300. El amplificador 1318 tiene al menos dos entradas: una primera entrada 1320 y una segunda entrada 1322. La primera entrada 1320 del amplificador 1318 se alimenta con una tensión de primera entrada (Vfi, por sus siglas en inglés) que puede ser controlada directamente por el controlador (implementado en PDD 1300, en un sistema externo, o en una combinación de los mismos), o derivada de otras tensiones en el sistema (que pueden, a su vez, ser controladas por el controlador). La segunda entrada 1322 del amplificador 1318 está conectada al cátodo del PD 1302 (o PS 1310 de referencia).
En un primer ejemplo de un caso de uso, el PD 1202 se mantiene en una polarización de trabajo, entre una primera tensión (también denominada "tensión de ánodo", indicada como Va) y una segunda tensión (también denominada "tensión de cátodo", indicada como Vc). La tensión de ánodo puede ser controlada directamente por el controlador (implementado en PDD 1300, en un sistema externo, o en una combinación de los mismos), o derivada de otras tensiones en el sistema (que pueden, a su vez, ser controladas por el controlador). La tensión de cátodo puede ser controlada directamente por el controlador (implementado en PDD 1300, en un sistema externo, o en una combinación de los mismos), o derivada de otras tensiones en el sistema (que pueden, a su vez, ser controladas por el controlador). Tanto la tensión de ánodo Va y como la tensión de cátodo Vc pueden o no mantenerse constantes en el tiempo. Por ejemplo, la tensión de ánodo Va puede ser proporcionada por una fuente constante (por ejemplo, a través de un adaptador, desde un controlador externo). La tensión de cátodo Vc puede ser sustancialmente constante o cambiar con el tiempo, dependiendo de la implementación. Por ejemplo, cuando se usa una estructura 3T para el PS 1200, Vc cambia con el tiempo, por ejemplo debido a la operación de componentes adicionales 1206 y/o a corriente del PD 1202. Vc puede ser determinada/controlada/influida opcionalmente por componentes adicionales 1206 (y no por el circuito de referencia).
El VCCS 1204 se utiliza para proporcionar (alimentar) una corriente al extremo del cátodo de PD 1202 para contrarrestar la corriente oscura generada por el PD 1202. Se ha de señalar que, en otras ocasiones, el VCCS 1204 puede alimentar otra corriente para lograr otros fines (por ejemplo, para calibrar o probar el PDD 1300). El nivel de la corriente generada por el VCCS 1204 se controla en respuesta a una tensión de salida del amplificador 1318. La tensión de control para controlar el VCCS 1204, designada Vctrl, puede ser idéntica a una tensión de salida del amplificador 1318 (como se ilustra). Alternativamente, Vctrl puede derivarse de la tensión de salida del amplificador 1318 (por ejemplo, debido a la resistencia o impedancia entre la salida del amplificador 1318 y el VCCS 1204.
Para cancelar (o al menos reducir) el efecto de la corriente oscura del PD 1202 en la señal de salida del PS 1200, el PDD 1300 puede someter el PD 1302 a sustancialmente la misma polarización a la que es sometido el PD 1202. Por ejemplo, someter PD 1302 y PD 1202 a la misma polarización se puede utilizar cuando PD 1302 es sustancialmente idéntico a PD 1202. Una forma de aplicar la misma polarización a ambos PD (1202 y 1302) consiste en aplicar la tensión Va al ánodo de PD 1302 (donde la tensión aplicada se denota Vrpa, significando RPA "ánodo de PD de referencia"), y para aplicar tensión Vc al cátodo de PD 1302 (donde la tensión aplicada se designa Vrpc, significando RPC "cátodo de PD de referencia"). Otra forma de aplicar la misma polarización consiste en aplicar Vrpa = Va + AV al ánodo de PD 1302 y Vrpc = Vc + AV al cátodo de PD 1302. Opcionalmente, la tensión de ánodo Va , la tensión de ánodo de referencia Vrpa, o ambas pueden ser proporcionadas por una fuente externa (por ejemplo, a través de una placa de circuito impreso (PCB) a la que está conectado el PDD 1300).
Como se ha mencionado, la primera entrada 1320 del amplificador 1318 se alimenta con tensión Vfi de primera entrada. La segunda entrada 1322 del amplificador 1318 está conectada al cátodo de PD 1302. El funcionamiento del amplificador 1318 reduce las diferencias de tensión entre sus dos entradas (1320 y 1322), trayendo así la tensión en la segunda entrada 1322 hacia la misma tensión controlada que se aplica a la primera entrada (Vfi). Véase ahora la Figura 3B, en la que la corriente oscura en PD 1302 (en lo sucesivo denominada CCReferencia) está representada por
una flecha 1352 (el circuito ilustrado es idéntico al de la Figura 3A). La corriente en PD 1302 es igual a la corriente oscura de PD 1202 en el caso en el que PD 1202 se mantiene en la oscuridad durante ese tiempo. El PDD 1300 (o cualquier componente del sistema conectado o adyacente al mismo) puede bloquear la luz a PD 1302, por lo que se mantiene en la oscuridad. El bloqueo puede ser por una barrera física (por ejemplo, una barrera opaca), por una óptica (por ejemplo, lentes desviadoras), por un obturador electrónico, etc. En la explicación más abajo se supone que toda la corriente en PD 1302 es la corriente oscura generada por PD 1302. Alternativamente, si el PD 1302 está sometido a luz (por ejemplo, niveles bajos de luz parásita conocida en el sistema), se puede implementar una fuente de corriente para compensar la señal originada por la luz conocida, o la tensión Vfi de primera entrada puede modificarse para compensar (al menos en parte) la iluminación parásita. La barrera, la óptica u otros componentes dedicados destinados a mantener la luz alejada del PD 13021 pueden implementarse en el nivel de oblea (en la misma oblea de la que está hecho PDD 1300), pueden estar conectados a esa oblea (por ejemplo, usando adhesivo), pueden estar conectados rígidamente a una carcasa en la que está instalada la oblea, etc.
Suponiendo que Vfi es constante (o cambia lentamente), la salida de VCCS 1304 (representada por la flecha 1354) tiene que ser sustancialmente igual en magnitud que la corriente oscura de PD 1302 (CCReferencia), lo que significa que VCCS 1304 proporciona los portadores de carga para el consumo de corriente oscura del PD 1302, permitiendo así que la tensión permanezca en Vfi. Dado que la salida de VCCS 1304 está controlada por Vctrl, que responde a la salida del amplificador 1318, el amplificador 1318 se opera para generar la salida requerida de manera que Vctrl controle la corriente de salida por VCCS 1304 que sería idéntica en magnitud a la corriente oscura a través de PD 1302.
Si PD 1202 es sustancialmente idéntico a PD 1302 y VCCS 1204 es sustancialmente idéntico a VCCS 1304, la salida del amplificador 1318 también haría que VCCS 1204 proporcionara el mismo nivel de corriente (CCReferencia) al cátodo de PD 1202. En tal caso, para que la salida de VCCS 1204 cancele la corriente oscura generada por PD 1202 (en lo sucesivo denominada CCPDactivo), se requiere que tanto PD 1202 como PD 1302 generaren un nivel similar de corriente oscura. Para someter ambos PD (1202 y 1302) a la misma polarización (lo que haría que ambos PD generaran sustancialmente el mismo nivel de corriente oscura, ya que ambos PD se mantienen sustancialmente en las mismas condiciones, por ejemplo de temperatura), la tensión proporcionada a la primera entrada del amplificador 1318 se determina en respuesta a la tensión del ánodo y la tensión del cátodo de PD 1202, y a la tensión del ánodo de PD 1302. Por ejemplo, si Va es igual a Vrpa, entonces Vfi, que es igual que Vc, se puede proporcionar a la primera entrada 1320. Se ha de señalar que Vc puede cambiar con el tiempo y no está necesariamente determinada por un controlador (por ejemplo, Vc puede determinarse como resultado de componentes adicionales 1206). Si PD 1202 difiere de PD 1302 y/o si VCCS 1204 difiere de VCCS 1304, la salida del amplificador 1318 puede modificarse haciendo coincidir los componentes eléctricos (no mostrados) entre el amplificador 1318 y VCCS 1204 para proporcionar la tensión de control relevante a VCCS 1204 (por ejemplo, si se sabe que la corriente oscura a través de PD 1202 está correlacionada linealmente con la corriente oscura a través de PD 1302, la salida del amplificador 1318 puede modificarse de acuerdo con la correlación lineal). Otra forma de aplicar la misma polarización consiste en aplicar VRPA = Va + AV al ánodo de PD 1302 y Vrpc = Vc + AV al cátodo de p D 1302.
La Figura 13C muestra un dispositivo 1300' de fotodetección que incluye una pluralidad de PS 1200, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El PDD 1300' incluye todos los componentes del PDD 1300, así como PS 1200 adicionales. Los diferentes PS de PDD 1300' son sustancialmente idénticos entre sí (por ejemplo, todos son parte de una PDA bidimensional), y por lo tanto los PD 1302 de los diferentes PS 1200 generan corrientes oscuras similares entre sí. Por lo tanto, la misma tensión de control Vctrl, se suministra a todos los VCCS 1204 de los diferentes PS 1200 de PDD 1300', haciendo que estos VCCS 1204 cancelen (o al menos reduzcan) los efectos de la corriente oscura generada por los PD 1202 respectivos. Cualquier opción analizada más arriba con respecto a PDD 1300 puede aplicarse, mutatis mutandis, a PDD 1300'.
En algunos casos (por ejemplo, si Vc no es constante y/o no se conoce), es posible proporcionar una tensión Vfi de primera entrada (por ejemplo por medio de un controlador) que se selecciona para que se produzca una corriente oscura similar en PD 1302 como en PD 1202.
Con referencia ahora a la Figura 14, que muestra una curva 1400 PD I-V ejemplar de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. Para simplificar la explicación, la curva 1400 representa las curvas I-V tanto de PD 1302 como de PD 1202, que se supone que son sustancialmente idénticas para los fines de la presente explicación, y que están sometidas a la misma tensión de ánodo (es decir, para esta explicación, Va = Vrpa). La curva 1400 IV es relativamente plana entre las tensiones 1402 y 1404, lo que significa que diferentes polarizaciones entre 1402 y 1404 aplicadas a las PD relevantes producirían niveles similares de corriente oscura. Si Vc está cambiando dentro de un intervalo de tensión de cátodo que, dada una Va conocida, significa que la polarización en PD 1202 está confinada entre las tensiones 1402 y 1404, aplicar después una Vrpc que haga que la polarización en PD 1302 esté también entre las tensiones 1402 y 1404 haría que VCCS 1204 generara una corriente lo suficientemente similar a CCpDactivo, aunque PD 1202 y PD 1302 estén sometidos a diferentes polarizaciones. La Vrpc en este caso puede estar dentro del intervalo de tensión del cátodo, como lo ejemplifica la tensión equivalente 1414, o fuera de él (pero aún manteniendo la polarización en PD 1302 entre 1402 y 1404) como lo ejemplifica la tensión equivalente 1412. Se pueden implementar, mutatis mutandis, modificaciones a otras configuraciones, como las analizadas más arriba. Se observa que se pueden aplicar diferentes polarizaciones a diferentes PD 1202 y 1302 por otras razones también. Por ejemplo, se pueden aplicar diferentes polarizaciones como parte de la prueba o calibración de la PDA.
En la vida real, diferentes PD (u otros componentes) de diferentes PS de un único PDD no se fabrican exactamente de forma idéntica, y el funcionamiento de estos PS tampoco es exactamente idéntico entre sí. En una matriz de PD, los PD pueden ser algo diferentes entre sí y pueden tener corrientes oscuras algo diferentes (por ejemplo, debido a diferencias de fabricación, ligeras diferencias de temperatura, etc.).
La Figura 15 muestra un circuito 1340 generador de tensión de control conectado a una pluralidad de fotositos 1310 de referencia (denominados colectivamente 1500), de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El circuito de la Figura 15 (también conocido como circuito 1500 de referencia) puede usarse para determinar una tensión de control (indicada como Vctrl) para uno o más VCCS 1204 de uno o más PS 1310 correspondientes de PDD 1300, 1300', y cualquiera de las variaciones de PDD analizadas en la presente divulgación. Especialmente, el circuito 1500 de referencia puede usarse para determinar una tensión de control para cancelar (o limitar) los efectos de la corriente oscura en uno o más PS 1200 de un PDD sobre la base de datos recogidos de una pluralidad de PS 1310 de referencia que varían en cierta medida (por ejemplo, como resultado de imprecisiones de fabricación, condiciones operativas algo diferentes, etc.). Como se ha mencionado más arriba, las corrientes oscuras de los PD, incluso si son similares, pueden ser diferentes entre sí. Se ha de señalar que, en algunas tecnologías de PD, las PD previstas para que sean idénticas pueden presentar corrientes oscuras que son diferentes por un factor de x1,5, x2, x4 e incluso más. El mecanismo de promediado analizado aquí permite compensar incluso dichas divergencias significativas (por ejemplo, en la fabricación). En casos en los que el amplificador 1318 está conectado a una pluralidad de PS 1310 de referencia para promediar los niveles de corriente oscura de varios PS 1310, dichos PD 1310 se mantienen en la oscuridad, por ejemplo usando cualquiera de los mecanismos arriba analizados. Las tensiones aplicadas a los diferentes VCCS 1304 de los distintos PS 1310 están en cortocircuito de tal manera que todos los VCCS 1304 reciben sustancialmente la misma tensión de control. Las tensiones de cátodo de los diferentes PD 1302 de referencia están en cortocircuito a diferentes redes. De esta forma, mientras las corrientes en los diferentes PS 1310 de referencia son algo diferentes entre sí (como resultado de que los PS 1310 de referencia sean ligeramente diferentes entre sí), la tensión de control media suministrada a los uno o más PS 1200 del PDD respectivo (que también puede diferir un poco entre sí y con respecto a los PS 1310 de referencia) es lo suficientemente precisa para cancelar los efectos de la corriente oscura en los diferentes PS 1200, y de manera suficientemente uniforme. Opcionalmente, la tensión de salida de un solo amplificador 1318 se suministra a todos los PS 1200 y a todos los PS 1310 de referencia. Opcionalmente, los PD seleccionados para el PDD tienen una respuesta I-V plana (como se ha analizado más arriba, por ejemplo con respecto a la Figura 14), de modo que la tensión de control media analizada con respecto a los circuitos 1500 de referencia cancela la corriente oscura en los diferentes PS 1200 en un nivel muy alto. En las Figuras 16A y 16B se proporcionan ejemplos no limitativos de PDD que incluyen múltiples PS 1310 de referencia cuyas señales de salida promediadas se utilizan para modificar las señales de salida de varios PS 1200 activos (por ejemplo, para reducir los efectos de la corriente oscura de la señal de salida). Se pueden implementar diferentes configuraciones, geometrías y proporciones numéricas entre los PS 1310 de referencia y los PS 1200 activos de un solo PDD. Por ejemplo, en una matriz de fotodetección rectangular que incluye una pluralidad de PS dispuestos en filas y columnas, se puede usar una fila completa de PS (por ejemplo, 1000 PS) o unas pocas filas o columnas de PS como la pluralidad de PS 1310 de referencia (y opcionalmente mantenerlas en la oscuridad), mientras que el resto de la matriz recibe la señal de control que se basa en promediar las salidas de esas filas de PS de referencia. Esta forma de generar corriente de control reduce en gran medida los efectos de la corriente oscura al eliminar la corriente oscura media, dejando solo variaciones de PS a PS.
Las Figuras 16A y 16B muestran dispositivos de fotodetección que comprenden una matriz de PS y circuitos de referencia que se basan en una pluralidad de PD, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El PDD 1600 (ilustrado en la Figura 16A) y el PDD 1600' (ilustrado en la Figura 16B, que es una variación del PDD 1600) incluyen todos los componentes del PDD 1300, así como PS 1200 y PS 1310 adicionales. Opcionalmente, los diferentes PS del PDD 1600 (y, por separado, del PDD 1600') son sustancialmente idénticos entre sí. Cualquier opción analizada más arriba con respecto a los PDD 1300 y 1300' así como con respecto al circuito 1500 puede aplicarse, mutatis mutandis, a los PDD 1600 y 1600'.
La Figura 16A muestra un dispositivo fotodetector 1600 que comprende un área fotosensible 1602 (que está expuesta a la luz externa durante el funcionamiento del dispositivo fotodetector 1600) con una pluralidad (matriz) de PS 1200, un área 1604 con una pluralidad de PS 1310 de referencia que se mantienen en la oscuridad (al menos durante las mediciones de corriente de referencia, opcionalmente en todo momento), y circuitos 1340 generadores de tensión de control que además incluyen el controlador 1338. El controlador 1338 puede controlar el funcionamiento del amplificador 1318, las tensiones que se suministran al amplificador 1318 y/o funcionamiento de los PS 1310 de referencia. Opcionalmente, el controlador 1338 también puede controlar operaciones de los PS 1200 y/o de otros componentes del PDD 1600. El controlador 1338 puede controlar tanto PS 1200 activos como PS 1310 de referencia para operar bajo las mismas condiciones operativas (por ejemplo, polarización, tiempo de exposición, gestión de regímenes de lectura). Se ha de señalar que cualquier funcionalidad del controlador 1338 puede ser implementada por un controlador externo (por ejemplo, implementada en otro procesador de un sistema EO en el que está instalado el PDD, o por un sistema auxiliar como un controlador de un vehículo autónomo en el que está instalado el PDD). Opcionalmente, el controlador 1338 puede implementarse como uno o más procesadores fabricados en la misma oblea que otros componentes del PDD 1600 (por ejemplo, PS 1200 y 1310, amplificador 1318). Opcionalmente, el controlador 1338 puede implementarse como uno o más procesadores en una PCB conectada a dicha oblea. Otros controladores adecuados también pueden implementarse como controlador 1338.
La Figura 16B muestra un dispositivo fotodetector 1600' de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El dispositivo fotodetector 1600' es similar al dispositivo 1600, pero con los componentes dispuestos en una geometría diferente y sin mostrar detalles internos de los diferentes PS. También se ilustran los circuitos 1610 de lectura que se utilizan para leer las señales de detección de los PS 1200 y proporcionarlas para su posterior procesamiento (por ejemplo, para reducir el ruido, para el procesamiento de imágenes), para almacenamiento o para cualquier otro uso. Por ejemplo, los circuitos 1610 de lectura pueden organizar temporalmente los valores de lectura de los diferentes PS 1200 secuencialmente (posiblemente después de algún procesamiento por parte de uno o más procesadores del PDD, no mostrados) antes de proporcionarlos para su posterior procesamiento, almacenamiento o cualquier otra acción. Opcionalmente, el circuito 1610 de lectura puede implementarse como una o más unidades fabricadas en la misma oblea que otros componentes del PDD 1600 (por ejemplo, PS 1200 y 1310, amplificador 1318). Opcionalmente, los circuitos 1610 de lectura puede implementarse como una o más unidades en una PCB conectada a dicha oblea. También se pueden implementar otros circuitos de lectura adecuados como circuitos 1610 de lectura. Se ha de señalar que un circuito de lectura tal como el circuito 1610 de lectura puede implementarse en cualquiera de los dispositivos de fotodetección analizados en la presente divulgación (por ejemplo, PDD 1300, 1700, 1800, y 1900). Algunos ejemplos de procesamiento de señales analógicas que pueden ejecutarse en el PDD (por ejemplo, mediante circuitos 1610 de lectura o mediante uno o más procesadores del PDD respectivo) antes de una digitalización opcional de la señal incluyen: modificación de ganancia (amplificación), compensación y agrupamiento (combinación de señales de salida de dos o más PS). La digitalización de los datos de lectura puede implementarse en el PDD o fuera del mismo.
Opcionalmente, el PDD 1600 (o cualquiera de los otros PDD descritos en la presente divulgación) puede incluir circuitos de muestreo para muestrear la tensión de salida del amplificador 1318 y/o la tensión de control Vctrl (si es diferente), y para mantener ese nivel de tensión durante al menos un período de tiempo mínimo especificado. Dichos circuitos de muestreo se pueden disponer en cualquier lugar entre la salida del amplificador 1318 y uno o más de los, al menos uno, VCCS 1204 (por ejemplo, en el lugar 1620). Puede utilizarse cualquier circuito de muestreo adecuado; por ejemplo, en algunos casos, los ejemplos de circuitos pueden incluir interruptores de "muestreo y retención". Opcionalmente, el circuito de muestreo puede usarse solo algunas veces, y en otras ocasiones se ejecuta una lectura directa en tiempo real la tensión de control. El uso de circuitos de muestreo puede ser útil, por ejemplo, cuando las magnitudes de las corrientes oscuras en el sistema cambian lentamente, cuando los PS 1310 están protegidos de la luz sólo en algunas ocasiones.
Las Figuras 17 y 18 muestran más dispositivos de fotodetección de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. En los dispositivos de fotodetección arriba descritos (por ejemplo, 1300, 1300', 1600, 1600') se ha utilizado una fuente de corriente controlada por tensión tanto para los PS 1200 activos como para los PS 1310 de referencia. Una fuente de corriente es un ejemplo de un circuito de corriente controlado por tensión que puede usarse en el PDD descrito. Otro tipo de circuito de corriente controlado por tensión que puede usarse es el absorbedor de corriente controlado por tensión, que absorbe corriente en una magnitud que está controlada por la tensión de control que se le suministra. Se puede usar un absorbedor de corriente, por ejemplo, en el que la polarización sobre los PD (1202, 1302) es opuesta en dirección a la polarización arriba ejemplificada. De manera más general, siempre que más arriba se analice una fuente de corriente controlada por tensión (1204, 1304), este componente puede ser reemplazado por un absorbedor (indicado, respectivamente, con 1704 y 1714) de corriente controlado por tensión. Se ha de señalar que el uso de un absorbedor de corriente en lugar de una fuente de corriente puede requerir el uso de diferentes tipos de componentes o circuitos en otras partes del PDD respectivo. Por ejemplo, un amplificador 1318 que se utiliza junto con los VCCS 1204 y 1304 es diferente en potencia, tamaño, etc. que el amplificador 1718 que se utiliza junto con los absorbedores 1704 y 1714 de corriente controlados por tensión. Para diferenciar los PS que incluyen absorbedores de corriente controlados por tensión en lugar de VCCS, se utilizan los números de referencia 1200' y 1310' correspondientemente a los PS 1200 y 1300 analizados más arriba.
En la Figura 17, un PDD 1700 incluye circuitos de corriente controlados por tensión que son absorbedores de corriente controlados por tensión (tanto en el PS 1200' como en el PS 1310'), y se utiliza un amplificador 1718 adecuado en lugar de amplificador 1318. Todas las variaciones arriba analizadas con respecto a las fuentes de corriente son igualmente aplicables a los absorbedores de corriente.
En la Figura 18, un PDD 1800 incluye ambos tipos de circuitos de corriente controlados por tensión: ambas fuentes 1204 y 1314 de corriente controladas por tensión y absorbedores 1704 y 1714 de corriente controlados por tensión, con amplificadores 1318 y 1718 correspondientes. Esto puede permitir, por ejemplo, operar los PD del PDD 1800 en polarización directa o en polarización inversa. Se puede usar al menos un interruptor (u otros mecanismos de selección) para elegir cuál de los circuitos de referencia se activa/desactiva: el basado en VCCS o el basado en absorbedores de corriente controlados por tensión. Dicho mecanismo de selección puede implementarse, por ejemplo, para evitar que los dos reguladores de retroalimentación trabajen "en contra" entre sí (por ejemplo, si funcionan con polarizaciones cercanas a cero a través de los PD). Cualquier opción, explicación o variación arriba analizadas con respecto a cualquiera de los PDD arriba analizados (por ejemplo, 1300, 1300', 1600, 1600') puede aplicarse, mutatis mutandis, a los PDD 1700 y 1800. Especialmente, los PDD 1700 y 1800 pueden incluir una pluralidad de PS 1200' y/o una pluralidad de PS 1310' de referencia, de modo similar a lo analizado más arriba (por ejemplo, con respecto a las Figuras 15, 16A y 16B).
Se ha de señalar que en cualquiera de los dispositivos de fotodetección arriba analizados, uno o más de los PS (por ejemplo, de una matriz de fotodetección) pueden controlarse opcionalmente para ser utilizados selectivamente como
un PS 1310 de referencia (por ejemplo, en algunos momentos) o como un PS 1200 regular (por ejemplo, en otros momentos). Dichos PS pueden incluir los circuitos necesarios para operar en ambas funciones. Esto puede usarse, por ejemplo, si se emplea el mismo PDD en diferentes tipos de sistemas electro-ópticos. Por ejemplo, un sistema puede requerir la precisión de promediado entre 1.000 y 4.000 PS 1310 de referencia, mientras que otro sistema puede requerir una menor precisión que puede lograrse promediando entre 1 y 1.200 PS 1310 de referencia. En otro ejemplo, el promediado de la tensión de control sobre la base de algunos de los PS (o incluso de todos ellos) se puede ejecutar cuando toda la PDA se oscurece y se almacena en circuitos de muestreo y retención tal como se ha analizado más arriba, y todos los PS se pueden usar para la detección de datos FOV utilizando la tensión de control determinada en uno o más campos de imagen siguientes.
Se ha de señalar que en el anterior análisis se ha asumido por simplicidad que el lado del ánodo de todos los PD en la PDA respectiva está conectado a una tensión conocida (y posiblemente controlada), y las señales de detección, así como la conexión de VCCS y circuitos adicionales se implementan en el lado del cátodo. Se ha de señalar que, opcionalmente, los PD 1202 y 1302 puede conectarse de manera opuesta (donde la lectura está en el lado del ánodo, etc.), mutatis mutandis.
Con referencia a todos los PDD arriba analizados (por ejemplo, 1300, 1600, 1700, 1800), se ha de señalar que los PS, los circuitos de lectura, los circuitos de referencia y los demás componentes arriba mencionados (así como cualquier componente adicional que pueda ser necesario) pueden implementarse en una sola oblea o en más de una oblea, en uno o más PCB u otro tipo adecuado de circuito conectado a los PS, etc.
La Figura 19 ilustra un PDD 1900, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El PDD 1900 puede implementar cualquier combinación de características de uno o más de los PDD arriba descritos, e incluir además componentes adicionales. Por ejemplo, el PD 1900 puede incluir uno o más de los siguientes componentes:
a. al menos una fuente 1902 de luz, operativa para emitir luz sobre el FOV del PDD 1900. Parte de la luz de la fuente 1902 de luz se refleja desde objetos en el FOV y es capturada por los PS 1200 en el área fotosensible 1602 (que se expone a la luz externa durante el funcionamiento del dispositivo fotodetector 1900) y se utiliza para generar una imagen u otro modelo de los objetos. Puede usarse cualquier tipo adecuado de fuente de luz (por ejemplo, pulsada, continua, modulada, LED, láser). Opcionalmente, el funcionamiento de la fuente 1902 de luz puede ser controlado por un controlador (por ejemplo, el controlador 1338).
b. Una barrera física 1904 para mantener el área 1604 de la matriz de detectores en la oscuridad. La barrera física 1904 puede ser parte de la matriz de detectores o externa a la misma. La barrera física 1904 puede ser fija o móvil (por ejemplo, una persiana móvil). Se ha de señalar que también se puede utilizar otro tipo de mecanismos de oscurecimiento. Opcionalmente, la barrera física 1904 (u otro mecanismo de oscurecimiento) puede oscurecer diferentes partes de la matriz de detectores en diferentes momentos. Opcionalmente, el funcionamiento de barrera 1904, si es modificable, puede ser controlado por un controlador (por ejemplo, el controlador 1338).
c. Fotositos ignorados 1906. Se ha de señalar que no todos los PS de la PDA se utilizan necesariamente para la detección (PS 1200) o como referencia (PS 1310). Por ejemplo, algunos PS pueden residir en un área que no está completamente oscurecida ni completamente iluminada y, por lo tanto, se ignoran en la generación de la imagen (u otro tipo de salida generada en respuesta a las señales de detección de los PS 1200). Opcionalmente, el PDD 1900 puede ignorar diferentes PS en diferentes momentos.
d. Al menos un procesador 1908 para procesar las señales de detección emitidas por los PS 1200. Dicho procesamiento puede incluir, por ejemplo, procesamiento de señales, procesamiento de imágenes, análisis espectroscópico, etc. Opcionalmente, el procesamiento de resultados de procesamiento por el procesador 1908 se puede utilizar para modificar el funcionamiento del controlador 1338 (u otro controlador). Opcionalmente, el controlador 1338 y el procesador 1908 puede implementarse como una sola unidad de procesamiento. Opcionalmente, los resultados de procesamiento por el procesador 1908 pueden proporcionarse a uno o más de: un módulo 1910 de memoria tangible (para almacenamiento o recuperación posterior, véase a continuación), para sistemas externos (por ejemplo, un servidor remoto o un ordenador de un vehículo en el que está instalado el PDD 1900), por ejemplo, a través de un módulo 1912 de comunicación, una pantalla 1914 para mostrar una imagen u otro tipo de resultado (por ejemplo, gráfico, resultados textuales de un espectrógrafo), otro tipo de interfaz de salida (por ejemplo, un altavoz, no mostrado), etc. Se observa que, opcionalmente, las señales de los PS 1310 también pueden ser procesadas por el procesador 1908, por ejemplo para evaluar una condición del PDD 1900 (por ejemplo, operabilidad, temperatura).
e. Un módulo 1910 de memoria para almacenar al menos una de las señales de detección emitidas por los PS activos o por los circuitos 1610 de lectura (por ejemplo, si es diferente), e información de detección generada por el procesador 1908 procesando las señales de detección.
f. Una fuente 1916 de alimentación (por ejemplo, batería, adaptador de alimentación de CA, adaptador de alimentación de CC). La fuente de alimentación puede proporcionar energía a los PS, al amplificador o cualquier otro componente del PDD.
g. Una carcasa dura 1918 (o cualquier otro tipo de soporte estructural).
h. Óptica 1920 para dirigir la luz de la fuente 1902 de luz (si se implementa) al FOV y/o para dirigir la luz desde el FOV a los PS 1200 activos. Dicha óptica puede incluir, por ejemplo, lentes, espejos (fijos o móviles), prismas, filtros, etc.
Como se ha mencionado anteriormente, los PDD arriba descritos se pueden usar para hacer coincidir la tensión de control que determina el nivel de corriente proporcionado por el al menos un primer circuito 1204 de corriente controlado por tensión (VCCC) para tener en cuenta las diferencias en las condiciones de funcionamiento del PDD, que cambian los niveles de corriente oscura generada por al menos un PD 1202. Por ejemplo, para un PDD que incluye una pluralidad de PS 1200 y una pluralidad de PS 1320: cuando el PDD opera a una primera temperatura, los circuitos 1340 generadores de tensión de control proporcionan al circuito de corriente controlado por tensión una tensión de control para proporcionar una corriente en un primer nivel en respuesta a las corrientes oscuras de la pluralidad de PD 1302 de referencia, con el fin de reducir el efecto de las corrientes oscuras de los PD 1202 activos en la salida de los PS 1200 activos; y, cuando el PDD opera a una segunda temperatura (más alta que la primera temperatura), los circuitos 1340 generadores de tensión de control proporcionan al circuito de corriente controlado por tensión una tensión de control para proporcionar una corriente en un segundo nivel en respuesta a las corrientes oscuras de la pluralidad de PD 1302 de referencia, para reducir el efecto de las corrientes oscuras de los PD 1202 activos en la salida de los PS 1200 activos, de tal modo que el segundo nivel es mayor en magnitud que el primer nivel.
La Figura 20 es un diagrama de flujo del método 2000 para compensar la corriente oscura en un fotodetector, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El método 2000 se ejecuta en un PDD que incluye al menos: (a) una pluralidad de PS activos, cada uno de los cuales incluye al menos un PD activo; (b) al menos un PS de referencia que incluye un PD de referencia; (c) al menos un primer VCCC conectado a uno o más PD activos; (d) al menos un VCCC de referencia conectado a uno o más PD de referencia; y (e) circuitos generadores de tensión de control que están conectados al VCCC activo y al VCCC de referencia. Por ejemplo, el método 2000 puede ejecutarse en cualquiera de los PDD 1300', 1600, 1600', 1700, y 1800 (los dos últimos en implementaciones que incluyen una pluralidad de PS activos). Se ha de señalar que el método 2000 puede incluir la ejecución de cualquier acción o función arriba analizada con respecto a cualquier componente de los diversos PDD arriba mencionados.
El método 2000 incluye al menos las etapas (etapas) 2010 y 1020. La etapa 2010 incluye: sobre la base de un nivel (o niveles) de corriente oscura en el al menos un PD de referencia, generar una tensión de control que, cuando se proporciona al, al menos uno, VCCC de referencia hace que el al menos un VCCC de referencia genere una corriente que reduce un efecto de la corriente oscura del PD de referencia en una salida del PS de referencia. La etapa 2020 incluye proporcionar la tensión de control al, al menos uno, primer VCCC, provocando así que al menos un primer VCCC genere una corriente que reduce el efecto de la corriente oscura de los PD activos en las salidas de la pluralidad de PS activos. VCCC significa "Circuito de Corriente Controlado por Tensión" y se implementa como una fuente de corriente controlada por tensión o como un absorbedor de corriente controlado por tensión.
Opcionalmente, la etapa 2010 se implementa usando un amplificador que forma parte de los circuitos generadores de tensión de control. En tal caso, la etapa 2010 incluye suministrar a una primera entrada del amplificador una primera tensión de entrada cuando una segunda entrada del amplificador está conectada eléctricamente entre el PD de referencia y el circuito de corriente controlado por tensión de referencia. El amplificador puede usarse para reducir continuamente una diferencia entre una salida del circuito controlado por tensión de referencia y la primera tensión de entrada, generando así la tensión de control. Opcionalmente, tanto los primeros VCCC como los VCCC de referencia se conectan a una salida del amplificador.
En caso de que el PDD incluya una pluralidad de diferentes PD de referencia que generan diferentes niveles de corriente oscura, la etapa 2010 puede incluir generar una sola tensión de control basada en el promedio de las diferentes corrientes oscuras de los PD de referencia.
El método 2000 puede incluir evitar que la luz de un campo de visión del PDD llegue a los PD de referencia (por ejemplo, usando una barrera física u óptica de desvío).
El método 2000 puede incluir el muestreo de salidas de los PS activos después de la reducción de los efectos de la corriente oscura, y la generación de una imagen basada en las salidas muestreadas.
La Figura 21 es un diagrama de flujo que ilustra un método 1020 para compensar la corriente oscura en un dispositivo fotodetector, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El método 1020 tiene dos fases que se ejecutan en diferentes regímenes de temperatura; un primer grupo de etapas (1110-1116) se ejecuta cuando el PDD opera en una primera temperatura (T1), y un segundo grupo de etapas (1120-1126) se ejecuta cuando el PDD opera en una segunda temperatura (T2) que es más alta que la primera temperatura. El grado en que la primera temperatura y la segunda temperatura pueden ser diferentes en diferentes implementaciones o en diferentes instancias del método 1200. Por ejemplo, la diferencia de temperatura puede ser de al menos 5 °C; al menos 10 °C; al menos 20 °C; al menos 40 °C; al menos 100 °C, etc. En particular, el método 1020 puede ser efectivo en diferencias de temperatura aún más pequeñas (por ejemplo, menos de 1 °C). Se ha de señalar que cada una de la primera temperatura y la segunda temperatura puede implementarse como un intervalo de temperatura (por ejemplo, abarcando 0,1 °C; 1 °C; 5 °C, o más). Cualquier temperatura en el segundo intervalo de temperatura es más alta que cualquier temperatura
en el primer intervalo de temperatura (por ejemplo, por los intervalos anteriormente mencionados). El método 2000 puede ejecutarse opcionalmente en cualquiera de los PDD arriba analizados (1300, 1600, etc.). Se ha de señalar que el método 1020 puede incluir la ejecución de cualquier acción o función arriba analizada con respecto a cualquier componente de los diversos PDD arriba mencionados, y que el PDD del método 1020 puede incluir cualquier combinación de uno o más de los componentes arriba analizados con respecto a uno o más de los PDD arriba mencionados.
Con referencia a las etapas realizadas cuando el PDD opera en la primera temperatura (que puede ser un primer intervalo de temperatura): la etapa 2110 incluye determinar una primera tensión de control basada en la corriente oscura de al menos un PD de referencia del p Dd . La etapa 2112 incluye proporcionar la primera tensión de control a un primer VCCC que está acoplado a al menos un PD activo de un PS activo del PDD, provocando así que el primer VCCC imponga una primera corriente contraria a la corriente oscura en el PS activo. La etapa 2114 incluye generar por medio del PD activo una primera corriente de detección en respuesta a: (a) la luz incidente del PD activo que se origina en un objeto en un campo de visión del PDD, y (b) la corriente oscura generada por el PD activo. La etapa 2116 incluye emitir por medio del PS activo una primera señal de detección cuya magnitud es menor que la primera corriente de detección en respuesta a la primera corriente de detección y a la primera corriente contraria a la corriente oscura, compensando así el efecto de la corriente oscura en la primera señal de detección. El método 1020 también puede incluir la etapa opcional 2118 consistente en generar al menos una primera imagen de un FOV del PDD sobre la base de una pluralidad de primeras señales de detección de una pluralidad de PS del PDD (y opcionalmente de todas ellas). La etapa 2118 puede ejecutarse cuando el PDD está en la primera temperatura, o en una etapa posterior.
Con referencia a las etapas realizadas cuando el PDD opera en la segunda temperatura (que puede ser un segundo intervalo de temperatura): la etapa 2120 incluye determinar una segunda tensión de control basada en la corriente oscura de al menos un PD de referencia del PDD. La etapa 2122 incluye proporcionar la segunda tensión de control al primer VCCC, provocando así que el primer VCCC imponga una segunda corriente contraria a la corriente oscura en el PS activo; la etapa 2124 incluye generar por medio del PD activo una segunda corriente de detección en respuesta a: (a) la luz incidente del PD activo que se origina en el objeto, y (b) la corriente oscura generada por el PD activo. La etapa 2126 incluye emitir por medio del PS activo una segunda señal de detección cuya magnitud es menor que la segunda corriente de detección en respuesta a la segunda corriente de detección y a la segunda corriente contraria a la corriente oscura, compensando así el efecto de la corriente oscura en la segunda señal de detección. Una magnitud de la segunda corriente contraria a la corriente oscura es mayor que una magnitud de la primera corriente contraria a la corriente oscura, y podría ser en cualquier relación mayor que uno. Por ejemplo, la relación puede ser por un factor de al menos dos, o significativamente mayor (por ejemplo, por uno, dos, tres o más órdenes de magnitud). El método 1020 también puede incluir la etapa opcional 2128 consistente en generar al menos una segunda imagen de un FOV del PDD sobre la base de una pluralidad de segundas señales de detección de una pluralidad de PS del PDD (y opcionalmente de todas ellas). La etapa 2128 puede ejecutarse cuando el PDD está en la segunda temperatura, o en una etapa posterior.
Opcionalmente, un primer nivel de radiación (L1) del objeto que incide sobre el PD activo durante un primer tiempo (t1) en el que se genera la primera corriente contraria a la corriente oscura es sustancialmente igual a un segundo nivel de radiación (L2) del objeto que incide sobre el PD activo durante un segundo tiempo (t2) en el que se genera la segunda corriente contraria a la corriente oscura, en donde la magnitud de la segunda señal de detección es sustancialmente igual a la magnitud de la primera señal de detección. Se ha de señalar que, opcionalmente, el PDD según la presente divulgación puede usarse para detectar niveles de señal que son significativamente más bajos que los niveles de corriente oscura generados por sus PD a ciertas temperaturas de funcionamiento (por ejemplo, en uno, dos o más órdenes de magnitud). Por lo tanto, el método 1020 puede usarse para emitir niveles de señales de salida similares en dos temperaturas diferentes, en los que las corrientes oscuras son dos o más órdenes de magnitud más grandes que las señales de detección, y significativamente diferentes entre sí (por ejemplo, por un factor x2, x10).
Opcionalmente, la determinación de la primera tensión de control y la determinación de la segunda tensión de control se ejecutan mediante circuitos generadores de tensión de control que incluyen al menos un amplificador que tiene una entrada conectada eléctricamente entre el PD de referencia y un circuito de corriente controlado por tensión de referencia que está acoplado al PD de referencia.
Opcionalmente, el método 1020 puede incluir además suministrar a otra entrada del amplificador una tensión de primera entrada cuyo nivel se determina en correspondencia con una polarización en el PD activo. Opcionalmente, el método 1020 puede incluir suministrar la primera tensión de entrada de manera que una polarización en el PD de referencia sea sustancialmente igual que una polarización en el PD activo. Opcionalmente, el método 1020 puede incluir determinar la primera tensión de control y la segunda tensión de control en función de las diferentes corrientes oscuras de una pluralidad de PD de referencia del PDD, en donde proporcionar la primera tensión de control incluye proporcionar la misma primera tensión de control a una pluralidad de primeros circuitos de corriente controlados por tensión, cada uno acoplado a al menos un PD activo de una pluralidad de PD activos del PDD que tienen diferentes corrientes oscuras, en donde proporcionar la segunda tensión de control incluye proporcionar la misma segunda tensión de control a la pluralidad de primeros circuitos de corriente controlados por tensión, cuando la pluralidad de PD activos todavía tienen corrientes oscuras diferentes.
Opcionalmente, diferentes PD activos generan simultáneamente diferentes niveles de corriente oscura, y simultáneamente diferentes PD de referencia generan diferentes niveles de corriente oscura, y los circuitos generadores de tensión de control proporcionan a los diferentes PD activos una misma tensión de control basada en el promedio de las diferentes corrientes oscuras de los segundos PD. Opcionalmente, el método 1020 puede incluir dirigir luz desde el campo de visión a una pluralidad de PS activos del PDD utilizando óptica dedicada, y evitar que la luz del campo de visión alcance una pluralidad de PD de referencia del PDD.
La Figura 22 es un diagrama de flujo que ilustra el método 2200 para probar un dispositivo de fotodetección, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. Por ejemplo, la prueba puede implementarse mediante cualquiera de los PDD arriba mencionados. Es decir, los mismos circuitos y arquitecturas que se han descrito más arriba como útiles para reducir los efectos de la corriente oscura se pueden utilizar adicionalmente para probar las rutas de detección de los diferentes PS en tiempo real. Opcionalmente, la prueba se puede realizar mientras el PDD está en modo operativo (es decir, no en modo de prueba). En algunas implementaciones, algunos PS pueden probarse mientras están expuestos a la luz ambiental del FOV, e incluso cuando otros PS del mismo PDD capturan una imagen real del FOV (con o sin compensación para la corriente oscura). Sin embargo, se ha de señalar que el método 2200 también puede implementarse opcionalmente en otros tipos de PDD. También se ha de señalar que el método 2200 también puede implementarse opcionalmente utilizando circuitos o arquitecturas similares a los arriba analizados con respecto a los PDD arriba mencionados, pero cuando los PD no se caracterizan por una alta corriente oscura, y cuando no se requiere ni se lleva a cabo una reducción de la corriente oscura. El método 2200 se describe como aplicado a un solo PS, pero puede aplicarse a algunos o todos los PS de un PDD.
La etapa 2210 del método 2200 incluye proporcionar una primera tensión a una primera entrada de un amplificador de circuitos generadores de tensión de control, en donde la segunda entrada del amplificador está conectada a un PD de referencia y a un segundo circuito de corriente que suministra corriente en un nivel gobernado en respuesta a una tensión de salida del amplificador; provocando así que el amplificador genere una primera tensión de control para un primer circuito de corriente de un PS del PDD. Con referencia a los ejemplos expuestos con respecto a los dibujos anteriores, el amplificador puede ser el amplificador 1318 o el amplificador 1718, y el PS puede ser el PS 1310 o el PS 1310'. Más abajo se analizan ejemplos de las primeros tensiones que pueden proporcionarse a la primera entrada.
La etapa 2220 del método 2200 incluye la lectura de una primera señal de salida del PS, generada por el PS en respuesta a la corriente generada por el primer circuito de corriente y a la corriente generada por un PD del PS.
La etapa 2230 del método 2200 incluye proporcionar a la primera entrada del amplificador una segunda tensión que es diferente a la de la primera entrada, provocando así que el amplificador genere una segunda tensión de control para el primer circuito de corriente. Más abajo se analizan ejemplos de dichas segundas tensiones que pueden ser proporcionadas.
La etapa 2240 del método 2200 incluye la lectura de una segunda señal de salida del PS, generada por el PS en respuesta a la corriente generada por el primer circuito de corriente y a la corriente generada por un PD del PS.
La etapa 2250 del método 2200 incluye determinar, sobre la base de la primera señal de salida y de la segunda señal de salida, un estado defectuoso de una ruta de detección del PDD, incluyendo la ruta de detección el PS y el circuito de lectura asociado con el PS. Más abajo se analizan ejemplos de los tipos de defectos que se pueden detectar al usar diferentes combinaciones de primera tensión y segunda tensión.
Un primer ejemplo incluye el uso de al menos una tensión de la primera tensión y la segunda tensión para intentar saturar el PS (por ejemplo, proporcionando por medio del VCCS una corriente muy alta a la capacitancia del PS, independientemente del nivel de detección real). Si no se consigue saturar el PS (por ejemplo, recibiendo una señal de detección que no es blanca, posiblemente negra por completo o de medios tonos), ello indica un problema en el PS relevante o en otros componentes en su ruta de lectura (por ejemplo, amplificador PS, muestreador, convertidor de analógico a digital). En tal caso, la primera tensión (por ejemplo) hace que el amplificador genere una tensión de control que hace que el primer circuito de corriente sature el PS. La determinación del estado defectuoso en la etapa 2250 en este caso puede incluir la determinación de que la ruta de detección de ese PS no funciona correctamente en respuesta a la determinación de que la primera señal de salida no está saturada. La segunda tensión en este caso puede ser una que no cause la saturación del PS (por ejemplo, que haga que el VCCS no emita ninguna corriente, para compensar solo la corriente oscura, con el fin de evitar que la corriente sea recogida por la capacitancia). La prueba de si una ruta de detección de PS se puede saturar se puede implementar en tiempo real.
Al intentar saturar uno o más de los PS para probar el PDD, el método 2200 puede incluir la lectura de la primera señal de salida mientras el PS está expuesto a la luz ambiental durante un primer campo de imagen de detección del PDD, donde la determinación del estado de funcionamiento incorrecto se ejecuta después de determinar previamente que la ruta de detección está operativa en respuesta a la lectura de una señal de salida saturada en un segundo campo de imagen de detección que es anterior al primer campo de imagen. Por ejemplo, durante una operación en curso del PDD (por ejemplo, mientras se captura un video), se puede determinar que un PS es defectuoso o inutilizable si falla el intento de saturación, después de que se haya tenido éxito en un momento anterior durante la misma operación. La prueba se puede ejecutar en un campo de imagen de prueba que no forma parte del video, o para PS individuales cuya salida saturada se ignora (por ejemplo, el color de píxel correspondiente a estos PS se puede completar a partir
de píxeles vecinos en el campo de imagen en el que se prueban, tratando estos PS como inutilizables durante el lapso de este campo de imagen).
Un segundo ejemplo incluye el uso de al menos una tensión de la primera tensión y la segunda tensión para intentar agotar el PS (por ejemplo, proporcionando por medio del VCCS una corriente opuesta muy alta a la capacitancia del PS, independientemente del nivel de detección real). Si no se agota el PS (por ejemplo, recibiendo una señal de detección que no es negra, posiblemente blanca por completo o de medios tonos), ello indica un problema en el PS relevante o en otros componentes en su ruta de lectura. En tal caso, la segunda tensión (por ejemplo) hace que el amplificador genere una segunda tensión de control que hace que el primer circuito de corriente agote una señal de detección resultante de la luz del campo de visión que incide sobre el PS. La determinación del estado defectuoso en la etapa 2250 en este caso puede incluir la determinación de que la ruta de detección no funciona correctamente en respuesta a la determinación de que la segunda señal de salida no está agotada. La primera tensión en este caso puede ser una que no cause la saturación del PS (por ejemplo, que haga que el VCCS no emita ninguna corriente, para compensar solo la corriente oscura, para saturar la capacitancia). La prueba de si una ruta de detección de PS se puede agotar se puede implementar en tiempo real (por ejemplo, sin oscurecer el PS respectivo).
Al intentar agotar uno o más de los PS para probar el PDD, el método 2200 puede incluir la lectura de la segunda señal de salida mientras el PS está expuesto a la luz ambiental durante un tercer campo de imagen de detección del PDD, en donde la determinación del estado de funcionamiento incorrecto se ejecuta después de determinar previamente que la ruta de detección está operativa en respuesta a la lectura de una señal de salida agotada en un cuarto campo de imagen de detección que es anterior al tercer campo de imagen.
Otro ejemplo más del uso del método 2200 para probar un PS mediante la aplicación de múltiples tensiones de control incluye aplicar más de dos tensiones. Por ejemplo, se pueden proporcionar tres o más tensiones diferentes a la primera entrada del amplificador en momentos diferentes (por ejemplo, en campos de imagen diferentes). En este caso, la etapa 2250 puede incluir la determinación del estado defectuoso de la ruta de detección del PDD en función de la primera señal de salida, de la segunda señal de salida y de al menos otra señal de salida correspondiente a la tercera o más tensiones aplicadas a la primera entrada del amplificador. Por ejemplo, se pueden aplicar tres, cuatro o más tensiones diferentes a la primera entrada del amplificador en diferentes momentos (por ejemplo, monótonamente, donde cada tensión es mayor que una tensión anterior), y las señales de salida del mismo PS correspondiente a las diferentes tensiones pueden probarse para que correspondan a las tensiones aplicadas (por ejemplo, las señales de salida también aumentan monótonamente en magnitud).
Un ejemplo de uso del método 2200 para probar una parte de un PDD (o incluso todo él) incluye leer de cada uno de una pluralidad de PS del PDD al menos dos señales de salida que respondan al menos a dos tensiones diferentes proporcionadas al amplificador de los PS respectivos, determinar para al menos una primera ruta de detección un estado operativo basado en al menos dos señales de salida emitidas por al menos un PS asociado con la primera ruta de detección respectiva, y determinar para al menos una segunda ruta de detección un estado de funcionamiento incorrecto basado en al menos dos señales de salida emitidas por al menos otro PS asociado con la segunda ruta de detección respectiva.
Opcionalmente, el método 2200 puede ejecutarse en combinación con objetivos de prueba designados (por ejemplo, objetivo negro, objetivo blanco), cuando el PDD está protegido de la luz ambiental y/o cuando se usa iluminación designada (por ejemplo, de una magnitud conocida, de una iluminación interna dedicada, etc.), pero no necesariamente.
Opcionalmente, la etapa 2250 puede reemplazarse con la determinación de un estado operativo de la ruta de detección. Esto puede usarse, por ejemplo, para calibrar diferentes PS del PDD al mismo nivel. Por ejemplo, cuando el PDD está oscurecido y sin un objetivo o una iluminación dedicados, se puede aplicar la misma tensión a VCCS de diferentes PS. Las diferentes señales de salida de los diferentes PS pueden compararse entre sí (a una o más tensiones diferentes aplicadas a la primera entrada del amplificador). Sobre la base de la comparación se pueden asignar valores de corrección a las diferentes rutas de detección de PS, de modo que proporcionen una señal de salida similar para un nivel de iluminación similar (que se simula mediante la corriente incluida por los VCCS de los diferentes PS). Por ejemplo, se puede determinar que la salida de PS A se debe multiplicar por 1,1 para emitir una señal de salida calibrada a PS B. Por ejemplo, se puede determinar que se debe agregar una señal delta AS a la salida de PS C para emitir una señal de salida calibrada a PS D. También se pueden implementar correcciones no lineales.
La Figura 23 ilustra un sistema EO 2300 de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El sistema EO 2300 incluye al menos una PDA 2302 y al menos un procesador 2304 que es operativo para procesar las señales de detección de PS 2306 de la PDA. El sistema EO 2300 puede ser cualquier tipo de sistema EO que utilice PDA para la detección, como una cámara, un espectrógrafo, un LIDAR, etc.
El al menos un procesador 2304 está operativo y configurado para procesar las señales de detección emitidas por los PS 2306 de la al menos una PDA 2302. Dicho procesamiento puede incluir, por ejemplo, procesamiento de señales, procesamiento de imágenes, análisis espectroscópico, etc. Opcionalmente, se puede proporcionar un procesamiento de resultados por el procesador 2304 a uno o más de: un módulo 2308 de memoria tangible (para almacenamiento o
recuperación posterior), para sistemas externos (por ejemplo, un servidor remoto o un ordenador de un vehículo en el que está instalado el sistema EO 2300), por ejemplo, a través de un módulo 2310 de comunicación, una pantalla 2312 para mostrar una imagen u otro tipo de resultado (por ejemplo, gráfico, resultados textuales de un espectrógrafo), otro tipo de interfaz de salida (por ejemplo, un altavoz, no mostrado), etc.
El sistema EO 2300 puede incluir un controlador 2314 que controla los parámetros operativos del sistema EO 2300 (por ejemplo, de PDA 2302 y de una fuente 2316 de luz opcional). En especial, el controlador 2314 puede configurarse para establecer (o cambiar de otro modo) los tiempos de exposición de campo de imagen utilizados para la captura de diferentes campos de imagen por el sistema EO 2300. Opcionalmente se puede utilizar un procesamiento de resultados de señales de detección de luz por el procesador 2304 para modificar el funcionamiento del controlador 2314. Opcionalmente, el controlador 2314 y el procesador 2304 pueden implementarse como una sola unidad de procesamiento.
El sistema EO 2300 puede incluir al menos una fuente 2316 de luz operativa para emitir luz en el campo de visión (FOV) del sistema EO 2300. Parte de la luz de la fuente 2316 de luz se refleja desde objetos en el FOV y es capturada por los PS 2306 (al menos aquellos PS que están situados en un área fotosensible que está expuesta a la luz externa durante los tiempos de exposición de campo de imagen del sistema EO 2300). La detección de la luz que llega desde objetos en el FOV (ya sea el reflejo de la luz de la fuente de luz, el reflejo de otras fuentes de luz, o la luz radiada) se usa para generar una imagen u otro modelo (por ejemplo, un mapa de profundidad tridimensional) de los objetos. Puede usarse cualquier tipo adecuado de fuente de luz (por ejemplo, pulsada, continua, modulada, LED, láser). Opcionalmente, el funcionamiento de la fuente 2316 de luz puede ser controlado por un controlador (por ejemplo, el controlador 2314).
El sistema EO 2300 puede incluir circuitos 2318 de lectura para leer las señales de detección eléctrica de los diferentes PS 2306. Opcionalmente, los circuitos 2318 de lectura pueden procesar las señales de detección eléctrica antes de proporcionarlas al procesador 2304. Dicho procesamiento previo puede incluir, por ejemplo, amplificación, muestreo, ponderación, eliminación de ruido, corrección, digitalización, limitación, ajustes de nivel, compensación de corriente oscura, etc.).
Además, el sistema EO 2300 puede incluir componentes adicionales tales como (pero no limitados a) uno o más cualesquiera de los siguientes componentes opcionales:
a. Un módulo 2308 de memoria para almacenar al menos una de las señales de detección emitidas por los PS 2306 o por los circuitos 2318 de lectura (por ejemplo, si es diferente), e información de detección generada por el procesador 2304 procesando las señales de detección.
b. Una fuente 2320 de alimentación como una batería, un adaptador de alimentación de CA, un adaptador de alimentación de CC, etc. La fuente 2320 de alimentación puede proporcionar energía a la PDA, a los circuitos 2318 de lectura, o a cualquier otro componente del sistema EO 2300.
c. Una carcasa dura 2322 (o cualquier otro tipo de soporte estructural).
d. Óptica 2324 para dirigir la luz de la fuente 2316 de luz (si se implementa) al FOV y/o para dirigir la luz desde el FOV a la PDA 2300. Dicha óptica puede incluir, por ejemplo, lentes, espejos (fijos o móviles), prismas, filtros, etc.
Opcionalmente, la PDA 2302 puede caracterizarse por una corriente oscura relativamente alta (por ejemplo, como resultado del tipo y las características de sus PD). Debido al alto nivel de corriente oscura, las capacitancias de los PS 2306 individuales en las que se recoge la carga de detección pueden saturarse (parcial o totalmente) por la corriente oscura, dejando poco o ningún rango dinámico para la detección de la luz ambiental (que llega desde el FOV). Incluso si los circuitos 2318 de lectura o el procesador 2304 (o cualquier otro componente del sistema 2300) resta niveles de corriente oscura de las señales de detección (por ejemplo, para normalizar los datos de detección), la falta de rango dinámico para la detección significa que la señal de detección resultante del PS 2306 respectivo está demasiado saturada, insuficiente para una detección significativa de los niveles de luz ambiental. Dado que la corriente oscura del PD del PS 2306 respectivo se acumula en la capacitancia (ya sea un condensador real o una capacitancia parásita o residual de otros componentes de los PS) a lo largo de toda la duración del tiempo de exposición de campo de imagen (FET, por sus siglas en inglés), diferentes PS 2306 con diferente capacitancia pueden volverse inutilizables en diferentes FET.
La Figura 24 ilustra un ejemplo del método 2400 para generar información de imagen basada en datos de una PDA, de acuerdo con la materia actualmente divulgada. Con referencia a los ejemplos expuestos con respecto a los dibujos anteriores, el método 2400 puede ser ejecutado por el sistema EO 2300 (por ejemplo, por el procesador 2304, el controlador 2314, etc.). En este caso, la PDA del método 2400 puede ser opcionalmente la PDA 2302. Otros componentes relevantes analizados en el método 2400 pueden ser los componentes correspondientes del sistema EO 2300. El método 2400 incluye cambiar un FET de campo de imagen (FET) durante el cual la PDA recoge cargas de su PD. Dicha carga recogida puede resultar de la respuesta fotoeléctrica a la luz que incide sobre los PD y de fuentes intrínsecas dentro del sistema de detección, como la corriente oscura del PD. La luz incidente puede llegar, por ejemplo, desde un campo de visión (FOV) de una cámara u otro sistema EO en el que esté instalada la PDA. El
FET puede controlarse electrónicamente, mecánicamente, controlando la duración de la iluminación de flash, etc., o en cualquier combinación de estos métodos.
Se ha de señalar que el FET puede ser un FET global que es una suma de una pluralidad de distintas duraciones a lo largo de las cuales la PDA recoge carga resultante de la actividad fotoeléctrica en los PS de la PDA. Se utiliza un FET general en los casos en que las cargas recogidas a lo largo de las diferentes duraciones distintas se suman para proporcionar una única señal de salida. Dicho FET general se puede usar, por ejemplo, con iluminación pulsada o con iluminación activa durante la cual la recogida se retiene durante períodos breves (por ejemplo, para evitar la saturación por un reflejo brillante en el FOV). Se ha de señalar que, opcionalmente, en algunos campos de imagen se puede usar un solo FET, mientras que en otros campos de imagen se puede usar un FET general.
La etapa 2402 del método 2400 incluye recibir información de primer campo de imagen. La información de primer campo de imagen incluye, para cada uno de una pluralidad de PS de una PDA, un nivel de detección de primer campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un primer FET. La recepción de la información de primer campo de imagen puede incluir la recepción de señales de lectura de todos los PS de la PDA, pero esto no es necesariamente así. Por ejemplo, algunos PS pueden estar defectuosos y no proporcionar ninguna señal. Por ejemplo, se puede definir una región de interés (ROI, por sus siglas en inglés) para el campo de imagen, indicando que solo se han de recoger datos de una parte del campo de imagen, etc.
La información de campo de imagen se puede proporcionar en cualquier formato, como un nivel (o niveles) de detección para cada uno de los PS (por ejemplo, entre 0 y 1024, tres valores RGB, cada uno entre 0 y 255, etc.), escalar, vectorial, o cualquier otro formato. Opcionalmente, la información de campo de imagen (para el primer campo de imagen o para los campos de imagen posteriores) puede ser indicativa de señales de detección de manera indirecta (por ejemplo, la información relativa al nivel de detección de un PS determinado puede proporcionarse con respecto al nivel de un PS vecino o con respecto al nivel del mismo PS en un campo de imagen anterior). La información de campo de imagen también puede incluir información adicional (por ejemplo, número de serie, marca de tiempo, condiciones operativas), parte de la cual puede usarse en las siguientes etapas del método 2400. La información de primer campo de imagen (así como información de campo de imagen para campos de imagen posteriores, recibida en etapas posteriores del método 2400) puede recibirse directamente de la PDA o de una o más unidades intermediarias (como un procesador intermedio, una unidad de memoria, un agregador de datos, etc.). La información de primer campo de imagen (así como la información de campo de imagen para campos de imagen posteriores, recibida en etapas posteriores del método 2400) puede incluir los datos sin procesar adquiridos por el PS respectivo, pero también puede incluir datos previamente procesados (por ejemplo, después de ponderación, eliminación de ruido, corrección, digitalización, limitación, ajustes de nivel, etc.).
La etapa 2404 incluye identificar, sobre la base del primer FET, al menos dos tipos de PS de la pluralidad de PS del PDD:
a. Un grupo de PS utilizables para el primer campo de imagen (denominado "primer grupo de PS utilizables''), que incluye al menos un primer PS, un segundo PS y un tercer PS de los PS de la PDA.
b. Un grupo de PS inutilizables para el primer campo de imagen (denominado "primer grupo de PS inutilizables''), que incluye al menos un cuarto PS de los PS de la PDA.
La identificación de la etapa 2404 puede implementarse de diferentes maneras, y puede incluir opcionalmente identificar (explícita o implícitamente) cada una de las pluralidades de PS como pertenecientes a uno de los al menos dos grupos arriba mencionados. Opcionalmente, cada PS de la PDA (o de un subgrupo previamente determinado de la misma, como por ejemplo todos los PS de una ROI) puede ser asignado a una de las dos pluralidades con respecto al primer campo de imagen - bien el primer grupo de PS utilizables, bien el primer grupo de PS inutilizables. Sin embargo, esto no es necesariamente así, y algunos de los PS pueden no estar asignados para algunos campos de imagen, o pueden estar asignados a otra pluralidad (por ejemplo, una pluralidad de PS cuya usabilidad se determinará en función de parámetros distintos al FET del primer campo de imagen respectivo, como sobre la base de los datos recogidos). Opcionalmente, la identificación de la etapa 2404 puede incluir determinar qué PS se clasifican para una de las primeras pluralidades de PS, y considerar automáticamente el resto de PS de la PDA (o de un subgrupo previamente determinado de la misma, como ROI) como pertenecientes a la otra pluralidad de PS de las dos.
Se ha de señalar que la identificación de la etapa 2404 (y de etapas 2412 y 2402) no tiene que reflejar estados de usabilidad reales de los PS respectivos (también en algunas implementaciones sí refleja estos estados de usabilidad reales). Por ejemplo, un PS que estaba incluido en el primer grupo de PS inutilizables puede, de hecho, ser utilizable en las condiciones del primer campo de imagen, mientras que otro PS que estaba incluido en el primer grupo de PS utilizables puede, de hecho, ser inutilizable en las condiciones del primer campo de imagen. La identificación de la etapa 2404 es una estimación o evaluación de la usabilidad de los PS de la PDA, y no una prueba de los PS respectivos. También se observa que la usabilidad de los PS también se puede estimar en la etapa 2404 sobre la base de otros factores. Por ejemplo, se puede utilizar una lista preexistente de PS defectuosos para excluir dichos PS de ser considerados utilizables.
La identificación de la etapa 2404 (y de etapas 2412 y 2420) puede incluir identificar al menos uno de los grupos de PS inutilizables (y/o al menos uno de los grupos de PS utilizables) sobre la base del FET compuesto que incluye una suma de duraciones a lo largo de las cuales los PS de muestreo del PDD son sensibles a la luz y que excluye los tiempos intermedios entre las duraciones a lo largo de las cuales los PS de muestreo no son sensibles a la luz.
La identificación de grupos de PS utilizables e inutilizables (en etapas 2404, 2412 y/o 2420) puede basarse en parte en una evaluación de temperatura. Opcionalmente, el método 2400 puede incluir procesar uno o más campos de imagen (especialmente campos de imagen anteriores o el campo de imagen actual) para determinar una evaluación de temperatura (por ejemplo, evaluando el nivel de corriente oscura en un campo de imagen oscuro, o en PS oscurecidos que no representan el FOV). El método 2400 puede incluir el uso de la evaluación de temperatura para identificar un grupo de PS utilizables y un grupo de PS inutilizables para un campo de imagen posterior, lo que afecta la generación de la imagen respectiva. La evaluación de temperatura se puede utilizar para evaluar la rapidez con la que la corriente oscura saturará el rango dinámico de un PS determinado a lo largo de la duración del FET correspondiente. Opcionalmente, la evaluación de temperatura se puede usar como un parámetro para utilizar un modelo de usabilidad del PS (por ejemplo, uno que se genera en el método 2500).
El tiempo de ejecución de la etapa 2404 puede variar con respecto al tiempo de ejecución de la etapa 2402. Por ejemplo, la etapa 2404 se puede ejecutar opcionalmente antes, al mismo tiempo, parcialmente al mismo tiempo o después de la ejecución de la etapa 2402. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 2404 puede ser realizada opcionalmente por el procesador 2304 y/o por el controlador 2314. Algunos ejemplos de métodos para ejecutar la identificación de la etapa 2404 se analizan con respecto al método 1100.
La etapa 2406 incluye generar una primera imagen basada en los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS inutilizables. La generación de la primera imagen puede implementarse usando cualquier método adecuado y, opcionalmente, puede basarse en información adicional (por ejemplo, datos recibidos de una unidad de iluminación activa, si se usa, datos de sensores adicionales como sensores de humedad). Con referencia a los ejemplos expuestos con respecto a los dibujos anteriores, se ha de señalar que la etapa 2406 puede ser implementada opcionalmente por el procesador 2304. Se ha de señalar que la generación puede incluir diferentes etapas de procesamiento de las señales (por ejemplo, ponderación, eliminación de ruido, corrección, digitalización, limitación, ajustes de nivel, etc.).
Con respecto al primer grupo de PS inutilizables, se ha de señalar que, dado que los datos de detección de esos PS se ignoran en la generación de la primera imagen, los valores de sustitución podrían calcularse de cualquier forma adecuada (si es necesario). Dichos valores de sustitución se pueden calcular, por ejemplo, en función de los niveles de detección de primer campo de imagen de los PS vecinos, en función de los niveles de detección anteriores de los campos de imagen anteriores, ya sea del mismo PS (por ejemplo, si se puede utilizar en un campo de imagen anterior) o de uno o más PS vecinos (por ejemplo, sobre la base de análisis cinemáticos de la escena). Por ejemplo, se pueden utilizar un filtro de Wiener, algoritmos de media local, algoritmos de media no local, etc. Con referencia a la generación de imágenes sobre la base de los datos de la PDA, opcionalmente la generación de una o más de dichas imágenes (por ejemplo, la primera imagen, la segunda imagen y la tercera imagen) puede incluir calcular un valor de sustitución para al menos un píxel asociado con un PS identificado como inutilizable para la imagen respectiva sobre la base del nivel de detección de al menos otro PS vecino identificado como utilizable para la imagen respectiva. En casos en que se utilice una evaluación de usabilidad no binaria (y la identificación de las etapas 2404, 2412 y/o 2420 incluye la identificación de al menos un PS como perteneciente a un tercer grupo de PS de usabilidad parcial), las señales de detección de cada PS identificado como parcialmente utilizable pueden combinarse o promediarse con señales de detección de los PS vecinos y/o con otras lecturas de los mismos PS en otros tiempos en los que era utilizable (o parcialmente utilizable).
Opcionalmente, la generación de la primera imagen (así como la de la segunda imagen y la tercera imagen, más adelante) también puede incluir ignorar las salidas de los PS que se determinen como defectuosas, inoperativas o inutilizables por cualquier otra razón, o que se determine que tienen una ruta de detección defectuosa, inoperante o inutilizable. Se analiza un ejemplo de método adicional para detectar defectos de PS y/o rutas de detección asociadas con respecto al método 2200, que puede combinarse con el método 2400. Las salidas del método 2200 pueden ser utilizadas para la generación de las etapas 2406, 2414, y 2422. En este caso, el método 2200 puede ejecutarse periódicamente y proporcionar salidas para la generación de las imágenes, o puede dispararse específicamente para utilizarlo en la generación de imágenes de acuerdo con el método 2400.
Opcionalmente, la generación de la primera imagen (así como la de la segunda imagen y la tercera imagen, más adelante) puede incluir calcular un valor de sustitución para al menos un píxel asociado con un PS identificado como inutilizable para la imagen respectiva sobre la base de un nivel de detección del PS medido cuando se ha identificado el PS como utilizable. Dicha información puede utilizarse junto con la información de los PS vecinos o independientemente de ella. El uso de niveles de detección de un PS de otros momentos puede incluir, por ejemplo: tener en cuenta los niveles de detección de campos de imagen anteriores (por ejemplo, para escenas estacionarias), usar información de detección de otra instantánea de una serie de adquisiciones de imágenes utilizadas en la generación de una imagen compuesta como una imagen de alto rango dinámico (HDRI, por sus siglas en inglés) o
una imagen compuesta de múltiples longitudes de onda (en la que se toman varias instantáneas usando diferentes filtros espectrales y luego se combinan en una sola imagen).
Se ha de señalar que en la primera imagen (así como en cualquier otro campo de imagen generado sobre la base de los datos de detección de la PDA), un solo píxel puede basarse en los datos de detección de un solo PS o de una combinación de PS; asimismo, la información de un solo PS puede usarse para determinar el color de píxel de uno o más píxeles en la imagen. Por ejemplo, un campo de visión de 0 por O grados puede estar cubierto por X por Y PS, y puede traducirse a M por N píxeles en la imagen. Un valor de píxel para uno de esos M x N píxeles puede calcularse como la suma de Valor de Pixel(i,j) = !(ap,s-DLp,s) para uno o más PS, donde DLp,s es el nivel de detección de PS (p,s) para ese campo de imagen, y un ap,s es un coeficiente de promediado para el píxel específico (i,j).
Después de la etapa 2406, la primera imagen puede entonces proporcionarse a un sistema externo (por ejemplo, un monitor de pantalla, una unidad de memoria, un sistema de comunicación, un ordenador de procesamiento de imágenes). La primera imagen puede procesarse después usando uno o más algoritmos de procesamiento de imágenes. Después de la etapa 2406, la primera imagen puede entonces manejarse como se desee.
Las etapas 2402 a 2406 puede repetirse varias veces para muchos campos de imagen capturados por el sensor fotodetector, ya sean campos de imagen consecutivos o no. Se ha de señalar que, en algunas implementaciones, la primera imagen puede generarse en función de los niveles de detección de varios campos de imagen, por ejemplo si se implementan técnicas de formación de imágenes de alto rango dinámico (HDR, por sus siglas en inglés). En otras implementaciones, la primera imagen se genera en los niveles de detección de primer campo de imagen de un único campo de imagen. Múltiples instancias de etapas 2402 y 2406 pueden seguir a una sola instancia de etapa 2404 (por ejemplo, si usa el mismo FET para varios campos de imagen).
La etapa 2408 se ejecuta después de recibir la información de primer campo de imagen e incluye determinar un segundo FET que es más largo que el primer FET. La determinación del segundo FET incluye determinar una duración para la exposición de los PD relevantes (por ejemplo, en milisegundos, partes o múltiplos de los mismos). La etapa 2408 también puede incluir la determinación de parámetros de tiempo adicionales (por ejemplo, un tiempo de inicio para la exposición), pero esto no es necesariamente así. El segundo FET, que es más largo con respecto al primero, puede elegirse por cualquier motivo. Dicho motivo puede incluir, por ejemplo, uno o más de los siguientes: intensidad de luz general en el FOV, intensidad de luz en partes del FOV, empleo de técnicas de horquillado, empleo de técnicas de fotografía de alto rango dinámico, cambios en la apertura, etc. El segundo FET puede ser más largo que el primer FET en cualquier proporción, ya sea relativamente baja (por ejemplo, x1,1 veces, x1,5 veces), varias veces mayor (por ejemplo, x2, x5) o cualquier valor superior (por ejemplo, x20, x100, x5.000). Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 2408 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el controlador 2314 y/o por el procesador 2304. Opcionalmente, un sistema externo puede determinar el primer FET o influir en la configuración del FET por el sistema EO 2300 (por ejemplo, un sistema de control de un vehículo en el que está instalado el sistema EO 2300).
Se ha de señalar que, opcionalmente, al menos una de las etapas 2408 y 2416 puede ser reemplazada por la codeterminación, junto con dicha entidad externa, de un nuevo FET (el segundo FET y/o el tercer FET, respectivamente). Dicha entidad externa puede ser, por ejemplo, un controlador externo, un procesador externo, un sistema externo. Se ha de señalar que, opcionalmente, al menos una de las etapas 2408 y 2416 puede ser reemplazada por la recepción, desde una entidad externa, de una indicación de un nuevo FET (el segundo FET y/o el tercer FET, respectivamente). La indicación del FET puede ser explícita (por ejemplo, duración en milisegundos) o implícita (por ejemplo, indicación de cambios en la apertura de la abertura y/o valor de exposición (EV, por sus siglas en inglés), indicación de cambios en la duración de la iluminación que corresponde al FET). Se ha de señalar que, opcionalmente, al menos una de las etapas 2408 y 2416 puede ser reemplazada por la recepción, desde una entidad externa, de una indicación de cambios en la corriente oscura esperada (o al menos de la parte de la corriente oscura que se transmite a la capacitancia de los PS, por ejemplo si se implementan estrategias de mitigación de la corriente oscura).
La etapa 2410 incluye recibir información de segundo campo de imagen. La información de segundo campo de imagen incluye para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de segundo campo de imagen que es indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante el segundo FET. Se ha de señalar que el segundo campo de imagen (durante el cual se recogen los datos de detección para la información de segundo campo de imagen) puede seguir directamente al primer campo de imagen, pero esto no es necesariamente así. Los FET de cualquiera del o de los campos de imagen intermedios (si los hay) entre el primer campo de imagen y el segundo campo de imagen pueden ser iguales al primer FET, al segundo FET o a cualquier otro FET (más largo o más corto). Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 2410 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el procesador 2304 (por ejemplo, a través de un circuito de lectura 2318).
La etapa 2412 incluye identificar de la pluralidad de PS del PDD, sobre la base del segundo FET, al menos dos tipos de PS de la PDA:
a. Un grupo de PS utilizables para el segundo campo de imagen (denominado "segundo grupo de PS utilizables"), que incluye el primer PS.
b. Un grupo de PS inutilizables para el segundo campo de imagen (denominado "un segundo grupo de PS inutilizables") que incluye el segundo PS, el tercer PS y el cuarto PS.
Es decir, el segundo PS y el tercer PS que se han identificado en la etapa 2404 como pertenecientes al primer grupo de PS utilizables (es decir, el grupo arriba mencionado de PS utilizables para el primer campo de imagen), se identifican en la etapa 2412 como pertenecientes al segundo grupo de PS inutilizables (es decir, el grupo arriba mencionado de PS inutilizables para el segundo campo de imagen), debido al FET más largo para el segundo campo de imagen. La identificación de la etapa 2412 puede implementarse de diferentes maneras, como una o más de las arriba analizadas con respecto a la etapa 2404. Los PS que se han considerado como utilizables para FET más cortos pueden considerarse inutilizables en la etapa 2412 para el FET más largo por varias razones. Por ejemplo, si dichos PS tienen una capacidad de almacenamiento de carga (por ejemplo, capacitancia) inferior a una capacidad media de almacenamiento de carga de los PS en la PDA, la capacidad de almacenamiento de carga de esos PS puede considerarse insuficiente tanto para la señal de detección como para la corriente oscura acumulada durante un tiempo de integración más largo. Cualquier PS que se vuelva inutilizable en el primer FET debido a su incapacidad para mantener un rango dinámico suficiente también se identificará como inutilizable para el segundo FET más largo, si se mantiene el nivel de corriente oscura (por ejemplo, la temperatura y la polarización en el PD no cambian).
La etapa 2412 se ejecuta después de la etapa 2408 (ya que se basa en las salidas de etapa 2408). El tiempo de ejecución de la etapa 2412 puede variar con respecto al tiempo de ejecución de la etapa 2410. Por ejemplo, la etapa 2412 se puede ejecutar opcionalmente antes, al mismo tiempo, parcialmente al mismo tiempo o después de la ejecución de la etapa 2410. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 2412 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el procesador 2304. Algunos ejemplos de métodos para ejecutar la identificación de la etapa 2412 se analizan con respecto al método 2500.
La etapa 2414 incluye generar una segunda imagen basada en los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS inutilizables. Significativamente, la etapa 2414 incluye generar la segunda imagen ignorando las salidas (niveles de detección) de al menos dos PS cuyas salidas se han utilizado en la generación de la primera imagen. Estos al menos dos PS se identifican como utilizables sobre la base del FET del primer campo de imagen, y se identifican como utilizables para la generación de la primera imagen (es decir, al menos el segundo PS y el tercer PS). La generación de la segunda imagen puede implementarse usando cualquier método adecuado, incluyendo cualquier método, técnica y variaciones arriba analizadas con respecto a la generación de la primera imagen. Con respecto al segundo grupo de PS inutilizables, se ha de señalar que, dado que los datos de detección por esos PS se ignoran en la generación de la segunda imagen, los valores de sustitución podrían calcularse de cualquier forma adecuada (si así se requieren). Después de la etapa 2414, la segunda imagen se puede proporcionar a un sistema externo (por ejemplo, un monitor de pantalla, una unidad de memoria, un sistema de comunicación, un ordenador de procesamiento de imágenes), se puede procesar utilizando uno o más algoritmos de procesamiento de imágenes, o se puede manejar de otra manera como se desee.
Las etapas 2410 a 2414 pueden repetirse varias veces para muchos campos de imagen capturados por el sensor fotodetector, ya sean campos de imagen consecutivos o no. Se ha de señalar que, en algunas implementaciones, la segunda imagen puede generarse en función de los niveles de detección de varios campos de imagen, por ejemplo si se implementan técnicas de formación de imágenes de alto rango dinámico (HDR). En otras implementaciones, la segunda imagen se genera mediante niveles de detección de segundo campo de imagen de un solo campo de imagen. Múltiples instancias de las etapas 2410 y 2414 pueden seguir una sola instancia de la etapa 2412 (por ejemplo, si usa el mismo segundo FET para varios campos de imagen).
La etapa 2416 se ejecuta después de recibir la información de segundo campo de imagen e incluye determinar un tercer FET que es más largo que el primer FET y más corto que el segundo FET. La determinación del tercer FET incluye la determinación de una duración para la exposición de los PD relevantes (por ejemplo en milisegundos, partes de los mismos o múltiplos de los mismos). La etapa 2416 también puede incluir la determinación de parámetros de tiempo adicionales (por ejemplo, un tiempo de inicio para la exposición), pero esto no es necesariamente así. El tercer FET puede elegirse por cualquier motivo, como los arriba analizados con respecto a la determinación del segundo FET en la etapa 2408. El tercer FET puede ser más largo que el primer FET en cualquier proporción, ya sea relativamente baja (por ejemplo, x1,1 veces, x1,5 veces), varias veces mayor (por ejemplo, x2, x5) o cualquier valor superior (por ejemplo, x20, x100, x5.000). El tercer FET puede ser más corto que el segundo FET en cualquier proporción, ya sea relativamente baja (por ejemplo, x1,1 veces, x1,5 veces), varias veces menor (por ejemplo, x2, x5) o cualquier valor superior (por ejemplo, x20, x100, x5.000). Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 2416 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el controlador 2314 y/o por el procesador 2304. Opcionalmente, un sistema externo puede determinar el primer FET o influir en la configuración del FET por el sistema EO 2300.
La etapa 2420 del método 2400 incluye recibir información de tercer campo de imagen. La información de tercer campo de imagen incluye para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de tercer campo de imagen que es indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante el tercer FET. Se ha de señalar que el tercer campo de imagen (durante el cual se recogen los datos de detección para la información de tercer campo de imagen) puede seguir directamente al segundo campo de imagen, pero esto no es necesariamente así. Los FET de
uno o más campos de imagen intermedios (si los hay) entre el segundo campo de imagen y el tercer campo de imagen pueden ser iguales al segundo FET, al tercer FET o a cualquier otro FET (más largo o más corto). Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 2420 puede ser llevada a cabo opcionalmente por el procesador 2304 (por ejemplo, a través de un circuito de lectura 2318).
La etapa 2420 incluye identificar a partir de pluralidad de PS del PDD, sobre la base del tercer FET, al menos dos tipos de PS de la PDA:
a. Un grupo de PS utilizables para el tercer campo de imagen (denominado "tercer grupo de PS utilizables'') que incluye el primer PS y el segundo PS.
b. Un grupo de PS inutilizables para el tercer campo de imagen (denominado "un tercer grupo de PS inutilizables") que incluye el tercer PS y el cuarto PS.
Es decir, el segundo PS que se ha identificado en la etapa 2404 como perteneciente al primer grupo de PS utilizables (es decir, el grupo arriba mencionado de PS utilizables para el primer campo de imagen) se identifica en la etapa 2420 como perteneciente al tercer grupo de PS inutilizables (es decir, el grupo arriba mencionado de PS inutilizables para el tercer campo de imagen), debido al FET más largo para el tercer campo de imagen con respecto al primer campo de imagen. El tercer PS que se ha identificado en la etapa 2412 como perteneciente al segundo grupo de PS inutilizables (es decir, el grupo arriba mencionado de PS inutilizables para el segundo campo de imagen) se identifica en la etapa 2420 como pertenecientes al tercer grupo de PS utilizables (es decir, el grupo arriba mencionado de PS utilizables para el tercer campo de imagen), debido al FET más corto para el tercer campo de imagen con respecto al segundo campo de imagen.
La identificación de la etapa 2420 puede implementarse de diferentes maneras, como una o más de las arriba analizadas con respecto a la etapa 2404. Los PS que se han considerado utilizables para FET más cortos pueden considerarse inutilizables en la etapa 2420 para el FET más largo por varias razones, por ejemplo, tal como se ha analizado más arriba con respecto a la etapa 2412. Los PS que se han considerado inutilizables durante FET más largos pueden considerarse utilizables en la etapa 2420 para el FET más corto por varias razones. Por ejemplo, si dichos PS tienen capacidad de almacenamiento de carga (por ejemplo, capacitancia) que es mayor que la de algunos de los PS del segundo grupo de PS inutilizables, la capacidad de almacenamiento de carga de esos diferentes PS puede considerarse suficiente tanto para la señal de detección como para la corriente oscura acumulada durante un tiempo de integración más corto que el segundo FET.
La etapa 2420 se ejecuta después de la etapa 2416 (ya que se basa en las salidas de etapa 2416). El tiempo de ejecución de la etapa 2420 puede variar con respecto al tiempo de ejecución de la etapa 2416. Por ejemplo, la etapa 2420 se puede ejecutar opcionalmente antes, al mismo tiempo, parcialmente al mismo tiempo o después de la ejecución de la etapa 2416. Con referencia a los ejemplos de los dibujos adjuntos, la etapa 2420 puede ser realizada opcionalmente por el procesador 2304 y/o por el controlador 2314. Algunos ejemplos de métodos para ejecutar la identificación de etapa 2420 se analizan con respecto al método 1100.
La etapa 2422 incluye generar una tercera imagen basada en los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS inutilizables. Significativamente, la etapa 2422 incluye generar la tercera imagen mientras se ignoran las salidas (niveles de detección) de al menos un PS cuyas salidas se han utilizado en la generación de la primera imagen (por ejemplo, el segundo PS) mientras se utilizan las salidas de al menos un PS cuyas salidas se han ignorado en la generación de la segunda imagen (por ejemplo, la tercera PS). La generación de la tercera imagen puede implementarse usando cualquier método adecuado, incluyendo cualquier método, técnica y variaciones arriba analizadas con respecto a la generación de la primera imagen. Con respecto al tercer grupo de PS inutilizables, se ha de señalar que, dado que los datos de detección por esos PS se ignoran en la generación de la tercera imagen, los valores de sustitución podrían calcularse de cualquier manera adecuada (si es necesario). Después de la etapa 2422, la tercera imagen puede proporcionarse a un sistema externo (por ejemplo, un monitor de pantalla, una unidad de memoria, un sistema de comunicación, un ordenador de procesamiento de imágenes). Después de la etapa 2422, la tercera imagen puede procesarse usando uno o más algoritmos de procesamiento de imágenes. Después de la etapa 2422, la tercera imagen se puede manejar entonces como se desee.
Opcionalmente, la generación de una o más imágenes en el método 2400 (por ejemplo, la primera imagen, la segunda imagen, la tercera imagen) puede basarse en una etapa previa de evaluación de la acumulación de corriente oscura de al menos uno de los PS para la imagen respectiva (por ejemplo, sobre la base de al menos el FET respectivo, en medición eléctrica durante la captura de la señal de luz o cerca de ella, etc. Por ejemplo, dicha medición puede incluir la medición de la corriente oscura (u otra medición indicativa) en un PS de referencia mantenido en la oscuridad. La generación de la imagen respectiva puede incluir restar de la señal de detección de uno o más PS una magnitud que está relacionada con la evaluación de la corriente oscura para ese PS, con el fin de dar una representación más precisa del FOV de la PDA. Opcionalmente, esta etapa de compensación por la acumulación de corriente oscura se lleva a cabo solo para PS utilizables para la imagen respectiva.
En una PDA que se caracteriza por una corriente oscura relativamente alta (por ejemplo, como resultado del tipo y las características de sus PD), la capacitancia de los PS individuales en los que se recoge la carga de detección puede saturarse (parcial o totalmente) por la corriente oscura, dejando poco o ningún rango dinámico para la detección de la luz ambiental (que llega desde un campo de visión del sistema). Incluso cuando se implementan medios para restar los niveles de corriente oscura de las señales de detección (por ejemplo, para normalizar los datos de detección), la falta de rango dinámico para la detección significa que la señal resultante está completamente saturada, o es insuficiente para una detección significativa de los niveles de luz ambiental. Dado que la corriente oscura del PD se acumula en la capacitancia (ya sea el condensador real o la capacitancia parásita o residual de otros componentes de los PS) para el FET, el método usa el FET para determinar que el PS es utilizable para el FET respectivo, si queda suficiente rango dinámico en la capacitancia después de recoger la carga de la corriente oscura (o al menos una parte relevante de la misma) para todo el FET. La identificación de un grupo de PS inutilizables para un campo de imagen puede incluir la identificación de PS cuyo rango dinámico está por debajo de un umbral aceptable (o se espera que falle un criterio de suficiencia de rango dinámico) dado el FET del campo de imagen respectivo. Asimismo, la identificación de un grupo de PS utilizables para un campo de imagen puede incluir la identificación de PS cuyo rango dinámico está por encima de un umbral aceptable (o se espera que cumpla con un criterio de suficiencia de rango dinámico) dado el FET del campo de imagen respectivo. Los dos umbrales de aceptabilidad arriba mencionados pueden ser el mismo umbral o umbrales diferentes (por ejemplo, si los PS cuyo rango dinámico se encuentra entre esos umbrales se tratan de manera diferente, por ejemplo si se identifican como pertenecientes a un grupo de PS parcialmente utilizables para el campo de imagen relevante).
Con referencia al método 2400 en su conjunto, se ha de señalar que instancias adicionales de etapas 2416, 2418, 2420 y 2422 pueden repetirse para FET adicionales (por ejemplo, un cuarto FET, etc.). Dicho tiempo puede ser más largo, más corto o igual que cualquiera de los FET anteriormente utilizados. También se ha de señalar que, opcionalmente, el primer FET, el segundo FET y el tercer FET son FET consecutivos (es decir, la PDA no utiliza otros FET entre el primer FET y el tercer FET). Alternativamente se pueden usar otros FET entre el primer FET y el tercer FET.
Se ha de señalar que se pueden determinar diferentes grupos de PS utilizables y PS inutilizables para diferentes FET en el método 2400, incluso si el valor de exposición (EV) sigue siendo el mismo. Por ejemplo, considérese un caso en el que el primer FET se extiende por un factor q para proporcionar el segundo FET, pero el número f aumenta por un factor de q, de modo que la iluminación general recibida por la PDA es sustancialmente la misma. En este caso, aunque el EV permanezca constante, el segundo grupo de PS inutilizables incluiría PS distintos a los incluidos en el primer grupo de PS inutilizables, ya que la acumulación de corriente oscura crecerá en un factor de q.
Está previsto un medio legible por ordenador no transitorio para generar información de imagen basada en datos de una PDA, incluidas las instrucciones almacenadas en la misma, que, cuando se ejecutan en un procesador, realizan las etapas consistentes en: recibir información de primer campo de imagen que comprende para cada uno de una pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de primer campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un primer FET; sobre la base del primer FET, identificar a partir de la pluralidad de PS del PDD: un primer grupo de PS utilizables que comprende un primer PS, un segundo PS y un tercer PS, y un primer grupo de PS inutilizables que comprende un cuarto PS; generar una primera imagen basada en los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de primer campo de imagen del primer grupo de PS inutilizables; (d) determinar, después de recibir la información de primer campo de imagen, un segundo FET que sea más largo que el primer FET; recibir información de segundo campo de imagen que comprende para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA un nivel de detección de segundo campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un segundo FET; sobre la base del segundo FET, identificar a partir de la pluralidad de PS del PDD: un segundo grupo de PS utilizables que comprende el primer PS y un segundo grupo de PS inutilizables que comprende el segundo PS, el tercer PS y el cuarto PS; generar una segunda imagen basada en los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de segundo campo de imagen del segundo grupo de PS inutilizables; determinar, después de recibir la información de segundo campo de imagen, un tercer FET que es más largo que el primer FET y más corto que el segundo FET; recibir información de tercer campo de imagen que comprende, para cada uno de la pluralidad de PS de la PDA, un nivel de detección de tercer campo de imagen indicativo de una intensidad de luz detectada por el PS respectivo durante un tercer FET; sobre la base del tercer FET, identificar a partir de la pluralidad de PS del PDD: un tercer grupo de PS utilizables que comprende el primer PS y el segundo PS, y un tercer grupo de PS inutilizables que comprende el tercer PS y el cuarto PS; y generar una tercera imagen basada en los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS utilizables, sin tener en cuenta los niveles de detección de tercer campo de imagen del tercer grupo de PS inutilizables.
El medio legible por ordenador no transitorio del párrafo anterior puede incluir instrucciones adicionales almacenadas en el mismo, que, cuando se ejecutan en un procesador, realizan cualquier otra etapa o variación arriba analizada con respecto al método 2400.
La Figura 25 es un diagrama de flujo que ilustra el método 2500 para generar un modelo para el funcionamiento de la PDA en diferentes FET, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. La identificación de cuáles de los PS pertenecen a un grupo de PS utilizables provistos de un FET determinado (y posiblemente parámetros adicionales, como temperatura, polarizaciones en los PD, capacitancia de los PS, etc.) puede basarse en un modelo
del comportamiento de cada uno de los PS en diferentes FET. Dicho modelado puede formar parte del método 2400 o puede ejecutarse por separado antes del mismo. Las etapas 2502, 2504 y 2506 de método 2500 se ejecutan para cada uno de una pluralidad de PS de la PDA (por ejemplo, PDA 1602), y posiblemente para todas las PS de la matriz de fotodetectores.
La etapa 2502 incluye determinar la usabilidad del PS respectivo para cada FET de una pluralidad de FET diferentes. La determinación de la usabilidad se puede ejecutar de diferentes maneras. Por ejemplo, una señal de detección del PS puede compararse con un valor esperado (por ejemplo, si se conoce el nivel de iluminación, posiblemente completamente oscuro, o con un nivel de iluminación más alto conocido), con un promedio de otros PS, con niveles de detección en otros PS (por ejemplo, si todos los PS generan imágenes de un objetivo cromáticamente uniforme), con resultados de detección en otros FET (por ejemplo, determinar si el nivel de detección en la duración T, por ejemplo, 200 nanosegundos, es aproximadamente el doble del nivel de detección en T/2, en ese ejemplo, 330 nanosegundos), etc. La usabilidad determinada puede ser un valor binario (por ejemplo, utilizable o inutilizable), un valor no binario (por ejemplo, un nivel de evaluación escalar de usabilidad o indicativo del mismo), un conjunto de valores (por ejemplo, un vector) o cualquier otro formato adecuado. Opcionalmente se usa la misma pluralidad de FET de campo de imagen para toda la pluralidad de PS, pero esto no es necesariamente así. Por ejemplo, en una evaluación de usabilidad no binaria, un valor intermedio entre completamente inutilizable y completamente utilizable puede indicar que la señal de detección del PS respectivo debe combinarse o promediarse con señales de detección de PS vecinos y/o con otras lecturas de los mismos PS en otros momentos en los que era utilizable (o parcialmente utilizable).
El método 2500 puede incluir una etapa 2504 opcional consistente en medir la capacidad de acumulación de carga y/o parámetros de saturación para el PS respectivo. La capacidad de carga se puede medir de cualquier manera adecuada, por ejemplo, usando corriente procedente del PD, de otra fuente en el PS (por ejemplo, fuente de corriente), de otra fuente en la PDA o de una fuente externa (por ejemplo, máquina de calibración en la planta de fabricación en la que se fabrica el fotodetector). La etapa 2504 puede omitirse, por ejemplo, en caso de que la diferencia de capacitancia entre los diferentes PS sea insignificante o simplemente ignorada.
La etapa 2506 incluye la creación de un modelo de predicción de usabilidad para el PS respectivo, que proporciona una estimación de la usabilidad del PS cuando se opera bajo diferentes FET que no están incluidos en la pluralidad de FET para los cuales se ha determinado activamente la usabilidad en la etapa 2502. Los diferentes FET pueden estar incluidos en el mismo intervalo de duraciones de la pluralidad de FET de la etapa 2502, más largo que éste, o más corto que éste. El modelo de predicción de usabilidad creado puede proporcionar diferentes tipos de indicaciones de usabilidad, tales como: un valor binario (por ejemplo, utilizable o inutilizable), un valor no binario (por ejemplo, un nivel de usabilidad de evaluación escalar o indicativo del mismo), un conjunto de valores (por ejemplo, un vector), o cualquier otro formato adecuado. El tipo de usabilidad indicado por el modelo puede ser el mismo tipo de usabilidad determinado en la etapa 2502 o diferente del mismo. Por ejemplo, la etapa 2502 puede incluir evaluar la corriente oscura recogida en diferentes FET, mientras que la etapa 2504 puede incluir determinar un umbral temporal que indique el FET máximo permisible para que este PS se considere utilizable. Opcionalmente, el modelo de usabilidad puede tener en cuenta la capacidad de acumulación de carga del PS respectivo.
Se puede usar cualquier forma adecuada para crear el modelo de predicción de usabilidad. Por ejemplo, se pueden medir o evaluar diferentes corrientes oscuras para el PD de diferentes FET, seguido de un análisis de regresión para determinar una función (polinomial, exponencial, etc.) que permita evaluar la corriente oscura en otros FET.
La etapa 2508 opcional incluye compilar un modelo de usabilidad para al menos una parte de la PDA, incluyendo al menos la pluralidad de PS de las etapas anteriores. Por ejemplo, la etapa 2508 puede incluir la generación de una o más matrices u otros tipos de mapas que almacenan parámetros del modelo en sus células para los PS respectivos. Por ejemplo, si la etapa 2506 incluye la creación de una función de regresión lineal de corriente oscura para cada PS (p,s) proporcionada por CorrienteOscura(p,s) = Ap,st+Bp,s (donde t es el FET y Ap,s y BPD son los coeficientes lineales de la regresión lineal), entonces se puede generar una matriz A para almacenar los diferentes valores Ap,s y se puede generar una matriz B para almacenar los diferentes valores Bp,s. Si es necesario, se puede usar una tercera matriz C para almacenar diferentes valores de capacitancia Cp,s (o diferentes valores de saturación Sp,s) para los diferentes PS.
La etapa 2506 (o la etapa 2508, si se implementa) puede ir seguida por una etapa 2510 opcional que incluye determinar la usabilidad de la pluralidad de PS para un FET que no es uno de la pluralidad de FET de etapa 2502 sobre la base de los resultados de la etapa 2506 (o de la etapa 2508, si se implementa). Por ejemplo, la etapa 2510 puede incluir la creación de una máscara (por ejemplo, una matriz) de PS inutilizables para los diferentes PS de la matriz de fotodetectores.
Con referencia al método 2500 en su totalidad, la etapa 2502 puede incluir la determinación de la corriente oscura para cada PS de la PDA en cuatro FET diferentes (por ejemplo, 33 ns, 330 ns, 600 ns y 2000 ns). La etapa 2504 puede incluir la determinación de un valor de saturación para cada uno de los PS, y la etapa 2506 puede incluir la creación de una regresión polinomial para la acumulación de corriente oscura a lo largo del tiempo para cada uno de los PS. La etapa 2508 en este ejemplo puede incluir generar una matriz, almacenar en cada célula el FET en el que la corriente oscura de ese PS (según el análisis de regresión) saturará el PS. La etapa 2510 puede incluir recibir un nuevo FET y determinar para cada célula de la matriz si es más bajo o más alto que el valor almacenado, luego
generar una matriz binaria que almacene un primer valor (por ejemplo, "0") para cada PS inutilizable (en el que el FET es mayor que el valor almacenado) y un segundo valor (por ejemplo, "1") para cada PS utilizable (en el que el FET es menor que el valor almacenado).
Cualquier etapa del método 2500 puede llevarse a cabo durante la fabricación de la PDA (por ejemplo, durante la calibración en fábrica), durante el funcionamiento del sistema (por ejemplo, después de que un sistema EO que incluye la PDA esté instalado en su ubicación designada, como un vehículo, un sistema de vigilancia, etc.), o en cualquier otro momento adecuado entre esos tiempos o después de los mismos. Diferentes etapas pueden llevarse a cabo en diferentes momentos.
Con referencia al método 2400 en su totalidad, se observa que las diferentes etapas pueden extenderse para medir los efectos de la corriente oscura en los diferentes PS en diferentes FET bajo diferentes condiciones operativas (por ejemplo, cuando se exponen a diferentes temperaturas, cuando se aplican diferentes polarizaciones a los PD), mutatis mutandis.
Opcionalmente, la determinación de un FET como parte del método 2400 (por ejemplo, el segundo FET, el tercer FET) puede incluir maximizar el FET respectivo mientras se mantiene una cantidad de PS inutilizables para el campo de imagen respectivo por debajo de un umbral predeterminado. Por ejemplo, para maximizar la recogida de señales, el método 2400 puede incluir establecer un FET que se acerque a un umbral que esté en correlación con un número predeterminado de PS inutilizables (por ejemplo, exigir que al menos el 99% de los PS de PDA sean utilizables, permitiendo que hasta el 1% de los PS sean inutilizables). Se ha de señalar que, en algunos casos, la maximización puede no producir la duración máxima exacta, sino una duración cercana a ella (por ejemplo, por encima del 320% o por encima del 325% de la duración máxima matemática). Por ejemplo, se puede seleccionar la duración máxima de campo de imagen de intervalos de tiempo discretos predefinidos.
Por ejemplo, una determinación de un FET como parte del método 2400 puede incluir la determinación de un FET que sea más largo que otros FET posibles, con lo que se producen más PS que un FET anterior, con lo que se produce una mayor cantidad de PS que se consideran inutilizables en comparación con dichos otros FET posibles, pero mejorando la calidad de imagen en los PS restantes. Esto puede ser útil, por ejemplo, en condiciones relativamente oscuras. Se ha de señalar que, opcionalmente, la determinación del FET (por ejemplo, al intentar maximizarlo) puede tener en cuenta la distribución espacial de los PS que se consideran inutilizables en diferentes FET. Por ejemplo, saber que en alguna área de la PDA hay una acumulación de PS con un alto porcentaje de PS que se considerarán inutilizables por encima de un cierto FET puede hacer que se determine un FET que sea inferior a ese umbral, especialmente si esto es una parte importante del FOV (por ejemplo, en un centro del FOV, o donde se han identificado peatones o vehículos en un campo de imagen anterior).
El método 2400 puede incluir la creación de una sola imagen basada en los niveles de detección de dos o más campos de imagen que se detectan en diferentes FET, en los que diferentes grupos de PS inutilizables se utilizan para los diferentes FET. Por ejemplo, se pueden usar tres FET: x1, x10 y x100. El color determinado para cada píxel de la imagen puede determinarse en función de los niveles de detección de uno o más PS (por ejemplo, en FET en los que el PS es utilizable, no está saturado y detecta una señal no despreciable) o en los niveles de detección de los PS vecinos (por ejemplo, si no proporciona ninguna señal de detección utilizable, incluso en los casos en los que se determina que el PS respectivo es utilizable, por ejemplo porque en esos momentos la señal es insignificante). El método 2400 puede incluir la determinación de una pluralidad de FET para combinar diferentes exposiciones a una sola imagen (por ejemplo, utilizando técnicas de formación de imágenes de Alto Rango Dinámico - HDR). La determinación de dichos FET puede basarse en el modelado de la usabilidad de diferentes PS en diferentes FET, como el modelo generado en el método 2500. El método 2400 también puede incluir la determinación de capturar una sola imagen en dos o más instancias de detección distintas (donde las señales de detección se leen por separado en cada instancia y luego se suman), proporcionando cada una de ellas suficientes PS utilizables. Por ejemplo, en lugar de tomar una sola captura de una escena usando FET de 2 milisegundos, el método 2400 puede incluir la determinación de capturar la escena dos veces (por ejemplo, dos FET de 1 ms, un FET de 1,5 ms y otro de 0,5 ms), de modo que la cantidad de PS utilizables en cada exposición supere un umbral predeterminado.
Opcionalmente, el método 2400 puede incluir la determinación de al menos uno de los FET en función de un modelo de usabilidad de los diferentes PS en diferentes FET (por ejemplo, generado en el método 2500) y sobre los datos de saturación de al menos un campo de imagen anterior capturado por la PDA. Los datos de saturación incluyen información sobre los PS que estaban saturados en al menos un FET de al menos un campo de imagen anterior (por ejemplo, número de PS, qué PS, qué partes de la PDA) y/o sobre qué PS estaban casi saturados en al menos un FET de al menos un campo de imagen anterior. Los datos de saturación pueden pertenecer al campo de imagen inmediatamente precedente (o varios campos de imagen), por lo que son indicativos del comportamiento de saturación para una escena con imagen de cortina.
El método 2400 puede incluir además el modelado de la usabilidad de los PS de la PDA en diferentes FET (por ejemplo, mediante la implementación del método 2500 o cualquier otro método de modelado adecuado). Estando previsto un modelo de usabilidad de los PS de la PDA en diferentes FET (ya sea como parte del método 2400 o no), el método 2400 puede incluir: (a) la determinación de al menos un FET del segundo FET y el tercer FET en función
de los resultados del modelado; y/o (b) la identificación de al menos uno de los grupos de PS inutilizables sobre la base de los resultados del modelado.
Opcionalmente, al determinar uno o más de los FET, el método 2400 puede incluir la determinación de un FET que proporcione un equilibrio entre extender el FET debido a la oscuridad de la escena FOV y reducir el FET para limitar la cantidad de PS inutilizables que aumenta en FET más largos (por ejemplo, según el modelo de método 2500). Por ejemplo, cuando se trabaja a la misma temperatura y polarización en el PD (de modo que la corriente oscura en cada FET permanece constante), la etapa 2408 puede incluir determinar un FET más largo porque la escena se ha oscurecido (a expensas de una mayor cantidad de PS inutilizables) y la etapa 2416 puede incluir determinar un FET más corto porque la escena ha vuelto a ser más brillante (lo que reduce la cantidad de PS inutilizables). Esto es especialmente relevante en imágenes más oscuras, donde la usabilidad de los PS resultantes de la acumulación de corriente oscura (que resulta de la temperatura y las condiciones operativas, pero no del nivel de iluminación) limita el alargamiento del FET que se llevaría a cabo si la acumulación de corriente oscura no limitara significativamente el rango dinámico de los PS respectivos. En otro ejemplo, dentro de un intervalo de tiempo en el que la iluminación de la escena permanece constante, la etapa 2408 puede incluir la determinación de un FET más largo habilitado por la caída de temperatura (reduciendo así la corriente oscura y con ella el porcentaje de PS inutilizables en cada FET), mientras que la etapa 2416 puede incluir la determinación de un FET más corto porque la temperatura de la PDA ha aumentado de nuevo.
La Figura 26 es una representación gráfica de la ejecución del método 2400 para tres campos de imagen que se toman de la misma escena en diferentes FET, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. La escena ejemplar incluye la inclusión de cuatro rectángulos concéntricos, cada uno más oscuro que el que lo rodea. Diferentes diagramas de la Figura 26 corresponden a una etapa del método 2400, y están numerados con un número de referencia equivalente con un apóstrofo. Por ejemplo, el diagrama 2406' coincide con una ejecución de la etapa 2406, etc. Cada rectángulo en los nueve diagramas inferiores representa un solo PS, o un píxel que se está en correspondencia directa con dicho PS (en los tres diagramas inferiores). En todos los diagramas, la ubicación de los PS con respecto al PDD permanece constante.
Como es común en muchos tipos de PDA, la PDA desde la que se recibe información de campo de imagen puede incluir PS malos, defectuosos o que presentan un comportamiento incorrecto (también denominados píxeles malos, defectuosos o que presentan un comportamiento incorrecto). La expresión "PS que presenta un comportamiento incorrecto" se refiere en términos generales a un PS que se desvía de su respuesta esperada, incluyendo, entre otros, PS atascados, muertos, calientes, encendidos, tibios, defectuosos y parpadeantes. Los PS que presentan un comportamiento incorrecto pueden ser PS individuales o grupos de PS. Los ejemplos no limitativos de defectos que pueden hacer que un PS presente un comportamiento incorrecto incluyen: conectividad de enlace de choque de PS, fallos de direccionamiento en el multiplexor, difuminado, deficiencia grave de sensibilidad de algunos PS, no linealidad, linealidad de señal deficiente, pozo completo bajo, linealidad de varianza media deficiente, ruido excesivo y alta corriente oscura. Uno o más de los PS que se identifican como PS inutilizables en el método 2400 puede ser un PS que presenta un comportamiento incorrecto de forma permanente, o que presenta un comportamiento incorrecto en función de condiciones que no están relacionadas con FET (por ejemplo, debido a temperatura alta). Dichos PS pueden identificarse como inutilizables para todos los FET del método 2400 (por ejemplo, PS 8012.5). Sin embargo, se ha de señalar que algunos PS funcionales (que no "presentan un comportamiento incorrecto") pueden considerarse inutilizables en todos los FET del método 2400 debido a la capacidad limitada y los FET suficientemente largos (por ejemplo, PS 8012.4). Opcionalmente, el método 2400 puede incluir la determinación de la usabilidad de uno o más de los PS de la PDA en función de otros parámetros además de FET (por ejemplo, temperatura, parámetros eléctricos, nivel de luz ambiental). Se ha de señalar que, en estos casos, un PS que quedaría inutilizable por motivos de FET no puede, sin embargo, considerarse utilizable debido a otras consideraciones (como la temperatura), debido a su limitación de capacitancia.
En el ejemplo ilustrado:
a. PS 8012.5 no emite ninguna señal, independientemente de la cantidad de luz que incide sobre él en los tres FET (T1, T2, T3); posiblemente bajo todas las condiciones.
b. PS 8012.4 emite una señal saturada independientemente de la cantidad de luz que incide sobre él en los tres FET (T1, T2, T3); posiblemente bajo todas las condiciones.
c. PS 8012.3 emite una señal utilizable en el FET más corto, T1, pero una señal inutilizable (saturada) en los FET más largos T2 y T3.
d. PS 8012.2 emite una señal utilizable en los FET más cortos T1 y T3 , pero una señal inutilizable (saturada) en el FET más largo, T2.
Se ha de señalar que también se pueden producir otros tipos de defectos y de salidas erróneas. Dichos errores pueden incluir, a modo de ejemplo: emitir una respuesta de señal altamente no lineal, emitir constantemente una señal demasiado fuerte, emitir constantemente una señal demasiado débil, emitir una salida aleatoria o semialeatoria, etc. Además, muchos PS (como el primer PS 8012.1) pueden utilizarse en todos los FET usados en la detección.
Volviendo a la Figura 23, se ha de señalar que, opcionalmente, el sistema 2300 puede ser un sistema EO que tenga capacidades dinámicas de evaluación de la usabilidad de PS. Es decir, el sistema EO 2300 puede ser capaz de asignar alternativamente diferentes PS como utilizables o inutilizables, en función de FET y posiblemente otros parámetros operativos, y utilizar las señales de detección de los PS solo cuando se determine que los PS respectivos eran utilizables en el momento de la captura (por ejemplo, de acuerdo con un modelo de usabilidad).
En este caso, el sistema EO 2300 incluye:
a. La PDA 2302, que incluye una pluralidad de PS 2306, cada uno operativo para emitir señales de detección en diferentes campos de imagen. La salida de la señal de detección para un campo de imagen por el PS 2306 respectivo es indicativa de la cantidad de luz que incide sobre el PS respectivo durante un campo de imagen respectivo (y posiblemente también sobre la corriente oscura del PD del PS respectivo).
b. Un módulo de filtrado de usabilidad (por ejemplo, implementado como parte del procesador 2304, o por separado del mismo). El módulo de filtrado de usabilidad está operativo para determinar para cada PS 2306 que el PS es inutilizable sobre la base de un primer FET (que puede ser diferente entre diferentes PS 2306), y determinar posteriormente que el mismo PS 2306 es utilizable sobre la base de un segundo FET que es más corto que el primer FET. Es decir, los PS 2306 que eran inutilizables en un punto (y cuya salida se ignoró en la generación de una o más imágenes) pueden volverse utilizables más tarde (por ejemplo, si el FET se acorta) y las salidas de esos PS 2306 pueden volver a ser útiles en la generación de las siguientes imágenes.
c. El procesador 2304, que es operativo para generar imágenes sobre la base de los niveles de detección de campos de imagen de la pluralidad de PS 2306. Entre otras configuraciones del procesador 2304, está configurado para: (a) excluir, al generar una primera imagen basada en los niveles de detección de primer campo de imagen, una primera señal de detección de un PS filtrado que ha sido determinado por el módulo de filtrado de usabilidad como inutilizable para la primera imagen, y (b) incluir, al generar una segunda imagen basada en los niveles de detección de segundo campo de imagen capturados por la PDA después de la captura de los niveles de detección de primer campo de imagen, una segunda señal de detección del PS filtrado que ha sido determinado por el módulo de filtrado de usabilidad como utilizable para la segunda imagen.
Opcionalmente, el controlador 2314 puede determinar diferentes FET para diferentes campos de imagen, sobre la base de los diferentes niveles de iluminación de los objetos en el campo de visión del sistema EO.
Opcionalmente, el controlador 2314 puede configurarse para determinar los FET para el sistema EO maximizando los FET mientras se mantiene una cantidad de PS inutilizables para los campos de imagen respectivos por debajo de un umbral predeterminado (por ejemplo, tal como se analiza con respecto al método 2400).
Opcionalmente, el sistema EO 2300 puede incluir comprender al menos un PD blindado que está protegido de la iluminación ambiental (por ejemplo, mediante una barrera física o usando óptica deflectora), así como circuitos dedicados que funcionan para generar parámetros eléctricos indicativos del nivel de corriente oscura en función del nivel de señal del al menos un PD blindado. El procesador 2304 puede configurarse para generar imágenes basadas en el parámetro eléctrico, en el FET respectivo y en las señales de detección de la PDA, compensando así los diferentes grados de acumulación de corriente oscura en diferentes campos de imagen.
Opcionalmente, el procesador 2304 puede ser operativo para calcular un valor de sustitución para al menos un píxel de la primera imagen que está asociada con el PS filtrado, sobre la base de un nivel de detección del PS filtrado medido cuando el PS se ha identificado como utilizable. Opcionalmente, el procesador 2304 puede configurarse para calcular valores de sustitución de los PS cuando las señales de detección de los PS respectivos se excluyen de la generación de imágenes, sobre la base del nivel de detección de PS vecinos. Opcionalmente, el procesador 2304 puede ser operativo para calcular un valor de sustitución para al menos un píxel de la primera imagen que está asociada con el PS filtrado, sobre la base de los niveles de detección de primer campo de imagen vecinos de los PS.
Opcionalmente, el procesador 2304 (o módulo de filtro de usabilidad, si no forma parte del procesador) puede ser operativo para determinar un grado de usabilidad para PS basado en un FET, incluyendo el grado una suma de duraciones a lo largo de las cuales los PS de muestreo del PDD son sensibles a la luz y que excluye tiempos intermedios entre las duraciones a lo largo de las cuales los PS de muestreo no son sensibles a la luz.
Opcionalmente, el procesador 2304 puede utilizar un modelo de usabilidad generado según el método 2500 para determinar cuándo incluir y cuándo excluir señales de detección de diferentes PS, capturadas en diferentes FET. Opcionalmente, el sistema EO 2300 puede ser operativo para ejecutar el método 2500. Opcionalmente, el sistema EO 2300 puede configurarse para participar en la ejecución del método 2500 junto con un sistema externo (como una máquina de calibración de fábrica utilizada en la fabricación del sistema EO 2300).
La Figura 27 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo del método 3500, de acuerdo con la materia actualmente divulgada. El método 3500 se utiliza para generar imágenes basadas en diferentes subconjuntos de PS en diferentes condiciones operativas. Con referencia a los ejemplos establecidos con respecto a los dibujos anteriores, el método 3500 puede ser ejecutado por el procesador 1604, donde la PDA del método 3500 puede ser opcionalmente la PDA 1 602. El método 3500 incluye al menos las etapas 3510, 3520, 3530 y 3540, que se repiten como una secuencia para
diferentes campos de imagen capturados por una matriz de fotodetectores. La secuencia se puede ejecutar en su totalidad para cada campo de imagen en un flujo, pero esto no es necesariamente así, como se explica a continuación con mayor detalle.
La secuencia comienza con la etapa 3510 consistente en recibir desde la PDA información de campo de imagen indicativa de señales de detección para el campo de imagen que son proporcionadas por una pluralidad de PS de la PDA. La información del campo de imagen puede incluir el nivel (o niveles) de detección para cada uno de los PS (por ejemplo, entre 0 y 1024, tres valores RGB, cada uno entre 0 y 255, etc.), o cualquier otro formato. La información del campo de imagen puede ser indicativa de señales de detección de manera indirecta (por ejemplo, la información relacionada con el nivel de detección de un PS dado puede darse con respecto al nivel de un PS vecino o con respecto al nivel del mismo PS en un campo de imagen anterior). La información del campo de imagen también puede incluir información adicional (por ejemplo, número de serie, marca de tiempo, condiciones operativas), parte de la cual puede usarse en las siguientes etapas del método 3500. La PDA desde la que se recibe información de campo de imagen puede incluir PS malos, defectuosos o que presentan un comportamiento incorrecto.
La etapa 3520 incluye recibir datos de condiciones operativas indicativos de condiciones operativas de la PDA a lo largo de la duración del campo de imagen. Las condiciones operativas pueden recibirse desde diferentes tipos de entidades, como una o más de las siguientes entidades: la PDA, un controlador de la PDA, el al menos un procesador que ejecuta el método 3500, uno o más sensores, uno o más controladores del al menos un procesador que ejecuta el método 3500, etc. Los ejemplos no limitativos de condiciones operativas a las que se puede hacer referencia en la etapa 3520 incluyen FET de la PDA (por ejemplo, obturador electrónico o mecánico, duración de la iluminación de flash, etc.), ganancia de amplificación de la PDA o circuitos conectados, polarización aplicada a PD de la PDA, niveles de luz ambiental, niveles de iluminación dedicados, modo de procesamiento de imágenes de procesador de imágenes aguas abajo, filtrado aplicado a la luz (por ejemplo, filtrado espectral, polarización), etc.
La etapa 3530 incluye determinar, sobre la base de los datos de las condiciones operativas, un grupo de PS defectuosos que incluye al menos uno de los PS y excluye una pluralidad de los otros PS. Cuando la etapa 3530 se ejecuta para diferentes campos de imagen en función de diferentes datos de condiciones operativas recibidos para estos campos de imagen en diferentes instancias correspondientes de la etapa 3520, se seleccionan diferentes grupos de PS defectuosos para diferentes campos de imagen cuyas condiciones operativas son diferentes entre sí. Sin embargo, se puede seleccionar el mismo grupo de píxeles defectuosos para dos campos de imagen con diferentes condiciones operativas (por ejemplo, cuando la diferencia en las condiciones operativas es relativamente pequeña).
Se ha de señalar que la determinación se basa en los datos de las condiciones operativas y no en la evaluación de los propios PS y, por lo tanto, el carácter defectuoso de los distintos PS incluidos en los diferentes grupos es una estimación de su estado, y no una declaración sobre sus condiciones reales de funcionamiento. Por lo tanto, un PS que se incluye en el grupo de PS defectuosos en la etapa 3530 no es necesariamente defectuoso o inoperativo en las condiciones operativas indicadas en los datos de condiciones operativas. La determinación de la etapa 3530 está destinada a coincidir con la mayor precisión posible con el estado real de la vida real de la PDA.
La etapa 3540 incluye el procesamiento de la información de campo de imagen para proporcionar una imagen que represente el campo de imagen. El procesamiento se basa en señales de detección de PS del fotodetector, excluyendo los PS incluidos en el grupo de PS defectuosos. Es decir, las señales de detección de los PS de la PDA se utilizan para generar una imagen que representa el campo de visión (u otra escena, o uno o más objetos cuya luz llega a la PDA), pero evitando todas las señales de detección procedentes los PS incluidos en el grupo de PS defectuosos (que, como se ha mencionado más arriba, se determina dinámicamente en función de los datos de condiciones operativas durante el tiempo en que se ha capturado la información de campo de imagen relevante). La etapa 3540 puede incluir opcionalmente calcular valores de sustitución para compensar las señales de detección ignoradas. Dicho cálculo puede incluir, por ejemplo, determinar un valor de sustitución para un PS defectuoso, sobre la base de las señales de detección de PS vecinos. Dicho cálculo puede incluir, por ejemplo, determinar un valor de sustitución para un píxel de la imagen sobre la base de los valores de píxeles vecinos de la imagen. Cualquier técnica analizada más arriba con respecto a la generación de imágenes en el método 2400 también puede ser utilizada para la generación de imágenes en la etapa 3540.
Un ejemplo de ejecución del método para dos campos de imagen (un primer campo de imagen y un segundo campo de imagen) puede incluir, por ejemplo:
a. Recibir de la PDA información de primer campo de imagen indicativa de las primeras señales de detección proporcionadas por una pluralidad de PS y pertenecientes a una duración del primer campo de imagen, incluyendo la pluralidad de PS al menos un primer PS, un segundo PS y un tercer PS. Una duración de campo de imagen es el tiempo durante el cual la luz recogida por la PDA se agrega a una sola imagen o a un campo de imagen de un video. Las diferentes duraciones de los campos de imagen pueden ser mutuamente excluyentes, pero en alguna realización pueden opcionalmente superponerse parcialmente.
b. Recibir primeros datos de condiciones operativas, indicativos de las condiciones operativas de la PDA a lo largo de la duración del primer campo de imagen.
c. Determinar, sobre la base de al menos los primeros datos de condiciones operativas: un primer grupo de PS defectuosos, que incluye el tercer PS y excluye el primer PS y el segundo PS. La determinación puede incluir determinar directamente el primer grupo de PS defectuosos, o determinar otros datos que impliquen qué píxeles se consideran defectuosos (por ejemplo, determinar un conjunto complementario de píxeles no defectuosos, asignar un nivel de defecto para cada píxel y luego establecer un umbral u otros criterios determinantes).
d. Procesar, sobre la base del primer grupo de PS defectuosos, la información de primer campo de imagen para proporcionar una primera imagen, de modo que el procesamiento se base al menos en las primeras señales de detección del primer PS y el segundo PS (opcionalmente después de un procesamiento previo anterior, como digitalización, limitación, ajustes de nivel, etc.) e ignore la información relativa a las señales de detección del tercer PS.
e. Recibir desde la PDA la información de segundo campo de imagen indicativa de las segundas señales de detección proporcionadas por una pluralidad de PS de detección. La información de segundo campo de imagen pertenece a una duración del segundo campo de imagen distinta de la duración del primer campo de imagen.
f. Recibir segundos datos de condiciones operativas, indicativos de condiciones operativas de la PDA a lo largo de la duración del segundo campo de imagen, que son diferentes de los primeros datos de condiciones operativas. Se ha de señalar que los segundos datos de condiciones operativas pueden recibirse desde la misma fuente de la que se han recibido los primeros datos de condiciones operativas, pero esto no es necesariamente así.
g. Determinar, sobre la base de las segundas condiciones operativas, datos de un segundo grupo de PS defectuosos, incluyendo el segundo PS y el tercer PS y excluyendo el primer PS. La determinación puede incluir la determinación directa del segundo grupo de PS defectuosos, o la determinación de otros datos que impliquen qué píxeles se consideran defectuosos (por ejemplo, determinar un conjunto complementario de píxeles no defectuosos, asignar un nivel de defecto para cada píxel y luego establecer un umbral u otros criterios determinantes).
h. Procesar la información de segundo campo de imagen en función del segundo grupo de PS defectuosos para proporcionar una segunda imagen, de modo que el procesamiento de la información de segunda imagen se base al menos en las segundas señales de detección del primer PS e ignore la información relacionada con las señales de detección del segundo PS y del tercer PS.
La Figura 28A ilustra el sistema 3600 y objetos 3902 y 3904 de destino ejemplares, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. El sistema EO 3600 incluye al menos el procesador 3620, que es operativo para procesar señales de detección de al menos una PDA (que puede formar parte del mismo sistema, pero no necesariamente) para generar imágenes que representan objetos en un campo de visión del sistema 3600. El sistema 3600 puede ser implementado por un sistema 2300, y se utilizan números de referencia similares (por ejemplo, en este caso, la PDA 3610 puede ser la PDA 2302, el controlador 3640 puede ser el controlador 2314, etc.), pero esto no es necesariamente así. Por razones de brevedad, no toda la descripción proporcionada más arriba con respecto al sistema 2300 se repite, y se ha de señalar que cualquier combinación de uno o más componentes del sistema 2300 puede implementarse, mutatis mutandis, en el sistema 3600, y viceversa. El sistema 3600 puede ser un sistema de procesamiento (por ejemplo, un ordenador, una unidad de procesamiento gráfico) o un sistema EO que además incluye una PDA 36l0 y óptica. En este último caso, el sistema 3600 puede ser cualquier tipo de sistema EO que utilice PDA para la detección, como una cámara, un espectrógrafo, un LIDAR, etc. Opcionalmente, el sistema 2600 puede incluir una o más fuentes 3650 de iluminación (por ejemplo, láseres, LED) para iluminar objetos en el FOV (por ejemplo, para iluminar el objeto durante al menos el primer FET y el segundo FET). Opcionalmente, el sistema 3600 puede incluir el controlador 3640, que es operativo para determinar diferentes FET para diferentes campos de imagen, en función de los diferentes niveles de iluminación de los objetos en el campo de visión del sistema EO. Opcionalmente, esos diferentes FET pueden incluir el primer FET y/o el segundo FET.
En la Figura 28A se ilustran dos objetivos ejemplares: un coche 3902 de color oscuro (con paneles de carrocería de baja reflectancia) con una placa de matrícula altamente reflectante y un panel 3904 rectangular negro con un parche blanco sobre el mismo. Se ha de señalar que el sistema 3600 no se limita necesariamente a generar imágenes de objetos de baja reflectancia con parches de alta reflectancia. Sin embargo, el modo en el que el sistema 3600 genera imágenes de dichos objetivos es interesante.
El procesador 3620 está configurado para recibir desde una PDA (por ejemplo, la PDA 3610, si se implementa) múltiples resultados de detección de un objeto que incluye una superficie de alta reflectancia rodeada por superficies de baja reflectancia por todos los lados (ejemplificado por los objetivos 3902 y 3904). Los resultados de detección múltiple incluyen: (a) información de primer campo de imagen del objeto detectado por la PDA durante un primer FET, y (b) información de segundo campo de imagen del objeto detectado por la PDA durante un segundo FET, que es más largo que el primer FET. La información de primer campo de imagen y la información de segundo campo de imagen son indicativas de señales de detección emitidas por diferentes PS de la PDA, que a su vez son indicativas de intensidades de luz de diferentes partes del objetivo que son detectadas por la PDA. Algunos PS detectan la luz procedente de partes de baja reflectancia de los objetos, mientras que al menos otro PS detecta la luz procedente de la superficie de alta reflectancia.
Sobre la base de los diferentes FET, el procesador 3620 procesa la información de primer campo de imagen y la información de segundo campo de imagen de manera diferente. La Figura 28B ilustra una primera imagen ejemplar y la segunda imagen de los objetivos 3902 y 3904, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. Al procesar la información de primer campo de imagen, el procesador 3620 procesa la información de primer campo de imagen, basándose en el primer FET. Genera una primera imagen que incluye una región brillante que representa la superficie de alta reflectancia, rodeada por un fondo oscuro que representa las superficies de baja reflectancia. Esto se ilustra en la Figura 28B como primeras imágenes 3912 y 3914 (correspondientes a los objetos 3902 y 3904 de la Figura 28A). Cuando el procesador 3620 procesa la información de segundo campo de imagen, basándose en el segundo FET, que es más largo que el primer FET. Tt genera una segunda imagen que incluye un fondo oscuro sin una región brillante. Esto se ilustra en la Figura 28B como segundas imágenes 3922 y 3924 (correspondientes a los objetos 3902 y 3904 de la Figura 28A).
Es decir, aunque llegue más luz de la superficie altamente reflectante a los PS respectivos del fotodetector en el segundo campo de imagen, la salida de la imagen no es más clara ni está saturada, es más oscura. El procesador 3620 puede determinar el color más oscuro para los píxeles que representan la superficie de alta reflectancia en la segunda imagen utilizando información de PS vecinos (que tienen señales de menor intensidad, ya que capturan superficies de menor reflectancia del objeto), dado que ha determinado que las señales de los PS relevantes son inutilizables en ese segundo FET más largo. Opcionalmente, el procesador 3620 puede configurarse para descartar las señales de luz detectadas correspondientes a la superficie de alta reflectancia al generar la segunda imagen basada en el segundo FET (y opcionalmente también en el modelado de usabilidad de los PS respectivos, por ejemplo, tal como se ha analizado con respecto al método 2500), y para calcular un color oscuro para al menos un píxel correspondiente de la segunda imagen en respuesta a las intensidades de luz detectadas de superficies vecinas de baja reflectancia de los objetos capturados por los PS vecinos. Opcionalmente, la decisión del procesador 3620 de descartar información del PS respectivo no se basa en el nivel de la señal de detección, sino más bien en la susceptibilidad del PS respectivo a la corriente oscura (por ejemplo, capacitancia limitada). Opcionalmente, cuando se procesa la información de segundo campo de imagen, el procesador 3620 puede identificar al menos un PS que detecta la luz de la superficie de alta reflectancia como inutilizable para el segundo campo de imagen, en función del segundo FET, por ejemplo, de manera similar a las etapas de identificación del método 2400.
Se ha de señalar que la superficie de alta reflectancia puede ser más pequeña que las superficies de baja reflectancia y puede estar rodeada por las superficies de baja reflectancia por todos los lados, pero esto no es necesariamente así. La superficie de alta reflectancia puede corresponder en tamaño (por ejemplo, tamaño angular) a un solo PS, a menos de un PS, pero también puede corresponder en tamaño a varios PS. La diferencia entre el nivel de alta reflectancia y el nivel de baja reflectancia puede variar. Por ejemplo, las superficies de baja reflectancia pueden tener una reflectancia entre el 0 y el 15 por ciento, mientras que la superficie de alta reflectancia puede tener una reflectancia entre el 80 y el 100%. En otro ejemplo, las superficies de baja reflectancia pueden tener una reflectancia entre el 50 y el 55 por ciento, mientras que la superficie de alta reflectancia puede tener una reflectancia entre el 65 y el 70%. Por ejemplo, la reflectancia mínima de la superficie de alta reflectancia puede ser x2, x3, x5, x10 o x100 de la reflectancia máxima de la superficie de baja reflectancia. Opcionalmente, la superficie de alta reflectancia tiene una reflectancia de más del 95% en el intervalo espectral detectable por los PS (por ejemplo, una superficie blanca), y las superficies de baja reflectancia tienen una reflectancia de menos del 5% en el intervalo espectral detectable por los PS (por ejemplo, superficies negras). Se ha de señalar que, como se ha analizado más arriba, un FET puede corresponder a un intervalo de tiempo fragmentado (por ejemplo, correspondiente a varios pulsos de iluminación) o a un solo intervalo de tiempo continuo.
Se ha de señalar que, opcionalmente, las cantidades de los niveles de señal de luz que llegan desde la superficie de alta reflectancia al PS relevante en el primer FET y en el segundo FET pueden ser similares. Esto se puede lograr filtrando la luz entrante, cambiando un número f de la óptica 3670 de detección correspondientemente (por ejemplo, aumentando FET en un factor q mientras se aumenta el número f en un factor q). Opcionalmente, un primer valor de exposición (EV) de la PDA durante la captura de la información de primer campo de imagen es menos del 1 % diferente que un segundo EV de la PDA durante la captura de la información de segundo campo de imagen. Opcionalmente, la diferencia en FET es la única diferencia principal entre las condiciones operativas entre el primer campo de imagen y el segundo campo de imagen.
Más arriba se ha analizado la evaluación de la temperatura de la PDA para calibrar el modelo de usabilidad a diferentes niveles de corriente oscura. Opcionalmente, el procesador 3620 puede configurarse además para: (a) procesar las señales de detección reflejadas desde el objeto para determinar una primera evaluación de temperatura de la matriz de fotodetección durante la captura de la información de primer campo de imagen y una segunda evaluación de temperatura de la matriz de fotodetección durante la captura de la información de primer campo de imagen, y (b) determinar descartar los resultados de detección correspondientes a la superficie de alta reflectancia en función del segundo FET y de la segunda evaluación de temperatura.
La Figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra el método 3700 para generar información de imagen basada en datos de una PDA, de acuerdo con ejemplos de la materia actualmente divulgada. Con referencia a los ejemplos establecidos con respecto a los dibujos anteriores, se ha de señalar que el método 3700 opcionalmente puede ser ejecutado por el sistema 3600. Cualquier variación analizada más arriba con respecto al sistema 3600 se puede aplicar al método
3700, mutatis mutandis. Especialmente, el método 3700 (y al menos las etapas 3710, 3720, 3730 y 3740 del mismo) puede ser ejecutado por el procesador 3620.
La etapa 3710 incluye recibir desde una PDA información de primer campo de imagen de un objetivo negro que incluye un área blanca, indicativa de las intensidades de luz de diferentes partes del objetivo detectado por la PDA durante un primer FET. Se ha de señalar que el área blanca puede ser reemplazada por un área brillante (u otra área altamente reflectante). Por ejemplo, en su lugar se puede utilizar cualquier área cuya reflectancia sea superior al 50%. Se ha de señalar que el objetivo negro puede ser reemplazado por un área oscura (u otra área ligeramente reflectante). Por ejemplo, se puede usar en su lugar cualquier objetivo cuya reflectancia sea inferior al 10%.
La etapa 3720 incluye el procesamiento de la información de primer campo de imagen sobre la base del primer FET para proporcionar una primera imagen que incluye una región brillante rodeada por un fondo oscuro. Opcionalmente, la etapa 3720 puede implementarse utilizando cualquiera de los procesos de generación de imágenes analizados más arriba con respecto a cualquiera de las etapas 2406, 2414, y 2422 del método 2400.
La etapa 3730 incluye recibir desde la PDA información de segundo campo de imagen del objetivo negro que incluye el área blanca, intensidades de luz indicativas de las diferentes partes del objetivo detectado por la PDA durante un segundo FET que es más largo que el primer FET.
La etapa 3740 incluye el procesamiento de la información de segundo campo de imagen en función del segundo FET para proporcionar una segunda imagen que incluye un fondo oscuro sin una región brillante. Opcionalmente, la etapa 3740 puede implementarse utilizando cualquiera de los procesos de generación de imágenes analizados más arriba con respecto a cualquiera de las etapas 2406, 2414, y 2422 del método 2400, y las etapas precedentes de identificación de grupos de PS utilizables e inutilizables.
En cuanto al orden de ejecución del método 3700, la etapa 3720 se ejecuta después de la etapa 3710, y la etapa 3740 se ejecuta después de la etapa 3730. Aparte de eso, se puede utilizar cualquier orden adecuado de las etapas. El método 3700 también puede incluir opcionalmente capturar la información de primer campo de imagen y/o la información de segundo campo de imagen a través de una PDA.
Opcionalmente, la recepción de la información de segundo campo de imagen puede estar precedida por la determinación, después de recibir la información de primer campo de imagen, del segundo FET que es más largo que el primer FET. Opcionalmente, el procesamiento de la información de segundo campo de imagen puede incluir descartar la información de intensidad de luz detectada del área blanca en función del segundo FET, y determinar un color oscuro en al menos un píxel correspondiente de la segunda imagen en respuesta a las intensidades de luz detectadas de áreas vecinas de la información de segundo campo de imagen. Opcionalmente, el procesamiento de la información de segundo campo de imagen puede incluir la identificación de al menos un PS que detecta la luz del área blanca como inutilizable para el segundo campo de imagen, sobre la base del segundo FET. Opcionalmente, un primer valor de exposición (EV) de la PDA durante la captura de la información de primer campo de imagen puede ser menos del 1% diferente que un segundo EV de la PDA durante la captura de la información de segundo campo de imagen.
Opcionalmente, durante el primer tiempo de exposición de campo de imagen, la acumulación de corriente oscura en un PS asociado con los datos de baja reflectancia deja un rango dinámico utilizable para el PS, y durante el segundo tiempo de exposición de campo de imagen, la acumulación de corriente oscura en ese PS deja un rango dinámico insuficiente para el PS. En este caso, el PS correspondiente al área de alta reflectancia no se puede usar para la generación de imágenes en la segunda imagen y se puede calcular el valor del color de reemplazo para reemplazar el nivel de detección faltante.
Está previsto un medio legible por ordenador no transitorio para generar información de imagen basada en datos de una PDA, incluidas instrucciones almacenadas en el mismo que, cuando se ejecutan en un procesador, realizan las etapas consistentes en: (a) recibir de una PDA información de primer campo de imagen de un objetivo negro que incluye un área blanca, indicativa de intensidades de luz de diferentes partes del objetivo detectado por la PDA durante un primer FET; (b) procesar la información de primer campo de imagen sobre la base del primer FET para proporcionar una primera imagen que incluye una región brillante rodeada por un fondo oscuro; (c) recibir desde la PDA información de segundo campo de imagen del objetivo negro que incluye el área blanca, indicativa de intensidades de luz de las diferentes partes del objetivo detectadas por la PDA durante un segundo FET, que es más largo que el primer FET; (d) procesar la información de segundo campo de imagen sobre la base del segundo FET para proporcionar una segunda imagen que incluye un fondo oscuro sin una región brillante.
El medio legible por ordenador no transitorio del párrafo anterior puede incluir instrucciones adicionales almacenadas en el mismo que, cuando se ejecutan en un procesador, realizan cualquier otra etapa o variación analizada más arriba con respecto al método 3700.
En la descripción anterior se han descrito múltiples sistemas, métodos y productos de códigos informáticos, así como formas de utilizarlos para capturar electroópticamente y generar imágenes de alta calidad. Especialmente, dichos sistemas, métodos y productos de códigos informáticos pueden utilizarse para generar imágenes SWIR de alta calidad (u otros datos de detección SWIR) en presencia de alta corriente oscura de PD. Dichos PD pueden ser PD de Ge, pero no en todas las ocasiones lo son. Más arriba se han analizado algunas formas de utilizar dichos sistemas,
métodos y productos de programas informáticos de forma sinérgica, y muchas otras son posibles y se consideran como parte de la materia innovadora de la presente divulgación. Cualquier sistema analizado más arriba puede incorporar uno o más componentes de uno o más de los otros sistemas analizados más arriba, para lograr resultados de mayor calidad, para lograr un resultado similar de una manera más efectiva o rentable, o por cualquier otra razón. Del mismo modo, cualquiera de los métodos analizados más arriba puede incorporar una o más etapas de uno o más de los otros métodos analizados más arriba, para lograr resultados de mayor calidad, para lograr un resultado similar de una manera más efectiva o rentable, o por cualquier otra razón.
En los párrafos siguientes se proporcionan algunos ejemplos no limitativos de dichas combinaciones, para demostrar algunas de las posibles sinergias.
Por ejemplo, los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, en los que el tiempo de integración es lo suficientemente corto para superar el efecto excesivo del ruido de la corriente oscura, pueden implementar PDD como los PDD 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800 para incluirlos en el receptor 110 con el fin de reducir las partes invariantes en el tiempo (corriente continua, CC) del ruido oscuro. De esta forma, la capacitancia de los PS no se ve superada por las partes invariantes en el tiempo de la corriente oscura que no se acumulan en la señal de detección, y el ruido de la corriente oscura no eclipsa la señal de detección. La implementación de cualquiera de los PDD 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800 en cualquiera de los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes se puede usar para aumentar el tiempo de exposición de campo de imagen en un grado notable (porque la parte de CC de la corriente oscura no se acumula en la capacitancia), mientras se sigue detectando una señal significativa.
Por ejemplo, los sistemas 100, 100' y 100" de formación de imágenes, en los que el tiempo de integración establecido es lo suficientemente corto para superar el efecto excesivo del ruido de la corriente oscura, pueden implementar uno o más de los métodos 2400, 2500 y 3500 para determinar qué PS son utilizables en ese tiempo de exposición de campo de imagen, y posiblemente para reducir aún más el tiempo de exposición de campo de imagen (que corresponde al tiempo de integración) con el fin de asegurarse de que se puede utilizar un número suficiente de PS. Del mismo modo, el controlador puede usar la relación esperada entre el ruido de lectura y el nivel de ruido de corriente oscura acumulado esperado en un FET dado y la usabilidad esperada de los diferentes PS en dicho FET para establecer un equilibrio entre la calidad de la señal detectada, la cantidad de píxeles utilizables y el nivel de iluminación requerido de la fuente de luz (por ejemplo, el láser 600). El modelo de usabilidad en diferentes FET también se puede usar para determinar el intervalo de distancia de las imágenes controladas generadas por el sistema 100, 100' y 100" de formación de imágenes, cuando sea aplicable. La incorporación adicional de cualquiera de los PDD 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800 como el sensor de dicho sistema de formación de imágenes agregaría los beneficios comentados en el párrafo anterior.
Por ejemplo, uno o más de los métodos 2400, 2500 y 3500 puede ser implementado por el sistema 1900 (o por cualquier sistema EO que incluya cualquiera de los PDD 1300, 1300', 1600, 1600', 1700, 1800). La reducción de los efectos de la acumulación de corriente oscura tal como se ha analizado con respecto al sistema 1900 (o cualquiera de los PDD mencionados) permite la utilización de FET más largos. La implementación de cualquiera de los métodos se puede utilizar para facilitar los FET más largos posibles, ya que se determina qué PS son temporalmente inutilizables en un sistema 1900 que posibilita un FET relativamente largo (u otro sistema EO con uno de los PDD mencionados) para ignorar dichos PS y, opcionalmente, reemplazar su salida de detección con datos de PS vecinos.
Algunas etapas de los métodos arriba mencionados también pueden implementarse en un programa informáti ejecutarlas en un sistema informático, al menos incluyendo porciones de código para realizar etapas de un método relevante cuando se ejecuta en un aparato programable, como un sistema informático, o habilitando un aparato programable para realizar funciones de un dispositivo o sistema según la divulgación. Dichos métodos también pueden implementarse en un programa informático para ejecutarlos en un sistema informático, al menos incluyendo porciones de código que hacen que un ordenador ejecute las etapas de un método según la divulgación.
Un programa informático es una lista de instrucciones, como un programa de aplicación particular y/o un sistema operativo. El programa informático puede incluir, por ejemplo, uno o más de: una subrutina, una función, un procedimiento, un método, una implementación, una aplicación ejecutable, un subprograma, un servlet, un código fuente, un código, una biblioteca compartida/biblioteca de carga dinámica y/u otra secuencia de instrucciones diseñadas para ejecutarse en un sistema informático.
El programa informático puede almacenarse internamente en un medio legible por ordenador no transitorio. Todo el programa informático o parte del mismo puede proporcionarse en medios legibles por ordenador acoplados de forma permanente, extraíble o remota a un sistema de procesamiento de información. Los medios legibles por ordenador pueden incluir, por ejemplo y sin limitación, cualquiera de los siguientes: medios de almacenamiento magnéticos, incluyendo medios de almacenamiento en disco y cinta; medios de almacenamiento ópticos tales como medios de disco compacto (por ejemplo, CD-ROM, CD-R, etc.) y medios de almacenamiento de disco de video digital; medios de almacenamiento de memoria no volátil, incluyendo unidades de memoria basadas en semiconductores tales como memoria FLASH, EEPROM, EPROM, ROM; memorias digitales ferromagnéticas; MRAM; medios de almacenamiento volátiles, incluyendo registros, memorias tampón o cachés, memoria principal, RAM, etc.
Un proceso informático normalmente incluye un programa en ejecución (en marcha) o una parte de un programa, valores de programa actuales e información de estado, y los recursos utilizados por el sistema operativo para gestionar la ejecución del proceso. Un sistema operativo (OS, por sus siglas en inglés) es el software que administra el uso compartido de los recursos de un ordenador y proporciona a los programadores una interfaz utilizada para acceder a esos recursos. Un sistema operativo procesa los datos del sistema y la entrada del usuario, y responde asignando y administrando tareas y recursos internos del sistema como un servicio para los usuarios y programas del sistema.
El sistema informático puede incluir, por ejemplo, al menos una unidad de procesamiento, una memoria asociada y una serie de dispositivos de entrada/salida (I/O, por sus siglas en inglés). Al ejecutar el programa informático, el sistema informático procesa la información de acuerdo con el programa informático y produce información de salida resultante a través de dispositivos I/O.
Las conexiones que se analizan en la presente memoria pueden ser cualquier tipo de conexión adecuada para transferir señales desde o hacia los respectivos nodos, unidades o dispositivos, por ejemplo a través de dispositivos intermedios. En consecuencia, a menos que se insinúe o se indique lo contrario, las conexiones pueden ser, por ejemplo, conexiones directas o conexiones indirectas. Las conexiones se pueden ilustrar o describir en referencia a que son una única conexión, una pluralidad de conexiones, conexiones unidireccionales o conexiones bidireccionales. Sin embargo, diferentes realizaciones pueden variar la implementación de las conexiones. Por ejemplo, se pueden usar conexiones unidireccionales independientes en lugar de conexiones bidireccionales y viceversa. Además, la pluralidad de conexiones puede ser reemplazada por una sola conexión que transfiera múltiples señales en serie o de manera multiplexada en el tiempo. Del mismo modo, las conexiones únicas que transportan múltiples señales pueden separarse en varias conexiones diferentes que transportan subconjuntos de estas señales. Por lo tanto, existen muchas opciones para transferir señales.
Opcionalmente, los ejemplos ilustrados pueden implementarse como circuitos ubicados en un solo circuito integrado o dentro de un mismo dispositivo. Alternativamente, los ejemplos pueden implementarse como cualquier número de circuitos integrados independientes o dispositivos independientes interconectados entre sí de manera adecuada. Opcionalmente, las partes adecuadas de los métodos pueden implementarse como representaciones de software o código de circuitos físicos o de representaciones lógicas convertibles en circuitos físicos, como en un lenguaje de descripción de hardware de cualquier tipo apropiado.
En las reivindicaciones o la memoria descriptiva de la presente solicitud, salvo que se indique lo contrario, adjetivos como "sustancialmente" y "aproximadamente" que modifican una condición o relación característica de un rasgo o rasgos de una realización, se entiende que significan que la condición o característica se define dentro de las tolerancias que son aceptables para el funcionamiento de la realización para una aplicación a la que está destinada. Debe entenderse que cuando las reivindicaciones o la memoria descriptiva hacen referencia a "un" elemento, dicha referencia no debe interpretarse como que existe solo una unidad de ese elemento.
Claims (12)
1. Un sistema de formación de imágenes por infrarrojos de onda corta, SWIR, que comprende:
una fuente de iluminación pulsada operativa para emitir pulsos de radiación SWIR hacia un objetivo, incidiendo los pulsos de radiación sobre el objetivo, lo que da como resultado pulsos de radiación SWIR reflejados desde el objetivo;
un receptor de formación de imágenes que comprende una pluralidad de germanio, Ge, fotodiodos, PD, operativo para detectar la radiación SWIR reflejada, en el que el receptor de formación de imágenes produce para cada fotodiodo, PD, de Ge una señal de detección respectiva representativa de la radiación SWIR reflejada que incide sobre el PD de Ge respectivo, una corriente oscura de más de 50 pA/cm2, ruido de corriente oscura dependiente del tiempo y ruido de lectura independiente del tiempo, caracterizado por
un controlador, operativo para controlar la activación del receptor de formación de imágenes durante un tiempo de integración a lo largo del cual un ruido de corriente oscura acumulado no supera el ruido de lectura independiente del tiempo, incluyendo la activación disparar la iniciación de la adquisición continua de señales por parte del receptor de formación de imágenes, recoger para cada PD de Ge, como resultado del disparo, la carga resultante de al menos la incidencia de la radiación SWIR reflejada en el PD de Ge respectivo, y disparar el cese de la recogida de la carga cuando la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de corriente oscura sigue siendo inferior a la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de lectura independiente del tiempo de integración.
2. El sistema de formación de imágenes SWIR activo de la reivindicación 1, que comprende además circuitos de lectura para leer, después del tiempo de integración, una acumulación de carga recogida por cada PD de Ge para proporcionar la señal de detección respectiva.
3. El sistema de formación de imágenes SWIR activo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que el receptor de formación de imágenes emite un conjunto de señales de detección respectivas representativas de la carga acumulada por cada uno de la pluralidad de PD de Ge durante el tiempo de integración, en el que el conjunto de señales de detección es representativo de las imágenes del objetivo iluminado por al menos un pulso de radiación SWIR.
4. El sistema de formación de imágenes SWIR activo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, que comprende al menos un elemento de óptica de difracción (DOE) operativo para mejorar la uniformidad de iluminación de la fuente de iluminación pulsada antes de la emisión de la luz.
5. El sistema de formación de imágenes SWIR activo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el controlador es operativo para activar el receptor de formación de imágenes con el fin de adquirir secuencialmente una serie de imágenes controladas, siendo cada imagen controlada representativa de las señales de detección respectivas de los diferentes PD de Ge en un intervalo de distancia diferente, y en el que el sistema de formación de imágenes SWIR activo comprende además un procesador de imágenes operativo para combinar la serie de imágenes en una sola imagen bidimensional.
6. El sistema de formación de imágenes SWIR activo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el sistema de formación de imágenes SWIR activo es un sistema de formación de imágenes SWIR basado en Ge no refrigerado, operativo para detectar un objetivo de 1 m por 1 m con una reflectancia SWIR del 20% a una distancia de más de 50 m.
7. Un método para generar imágenes infrarrojas de onda corta, SWIR, de objetos en un campo de visión, FOV, de un sistema electroóptico, que comprende:
emitir al menos un pulso de iluminación hacia el FOV, lo que da como resultado una radiación SWIR reflejada desde al menos un objetivo;
disparar el inicio de la adquisición continua de señales por un receptor de formación de imágenes que comprende una pluralidad de germanio, Ge, fotodiodos, PD, operativos para detectar la radiación SWIR reflejada;
recoger para cada fotodiodo, PD, de Ge, como resultado del disparo, la carga resultante de al menos la incidencia de la radiación de reflexión SWIR en el PD de Ge respectivo, una corriente oscura mayor que 50 pA/cm2, ruido de corriente oscura dependiente del tiempo de integración y ruido de lectura independiente del tiempo de integración, caracterizado por que
se dispara el cese de la recogida de la carga cuando la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de corriente oscura sigue siendo menor que la cantidad de carga recogida como resultado del ruido de lectura independiente del tiempo de integración; y
se genera una imagen del FOV basada en los niveles de carga recogidos por cada PD de Ge.
8. El método de la reivindicación 7, en el que el cese de la recogida va seguido por la lectura, mediante circuitos de lectura, de una señal correlacionada con la cantidad de carga recogida por cada PD de Ge, la amplificación de la señal de lectura y la provisión de las señales amplificadas a un procesador de imágenes que lleva a cabo la generación de la imagen.
9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, en el que la salida de señal por cada PD de Ge es un valor escalar indicativo de la cantidad de luz reflejada desde 20 m, luz reflejada desde 40 m y luz reflejada desde 60 m.
10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la generación comprende generar la imagen sobre la base del valor escalar leído para cada PD de Ge.
11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, que comprende: repetir múltiples veces la secuencia de emisión, disparo, recogida y cese; disparar la adquisición en un momento diferente de la emisión de luz en cada secuencia; y en cada secuencia, leer en el receptor de formación de imágenes un valor de detección para cada PD de Ge correspondiente a un intervalo de distancia diferente mayor que 2 m, en el que la generación de una imagen comprende generar una única imagen bidimensional basada en los valores de detección leídos en los diferentes PD de Ge en las diferentes secuencias.
12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, que comprende ejecutar la recogida cuando el receptor de imágenes está funcionando a una temperatura superior a 30 °C y procesar la imagen del FOV para detectar una pluralidad de vehículos y una pluralidad de peatones en una pluralidad de intervalos entre 50 m y 150 m.
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