[发明专利]用于高分辨率远程闪速LIDAR的方法和系统

说明书

一种光检测和测距(LIDAR)装置包括：脉冲光源，用于发射光信号；检测器阵列，包括单光子检测器，该单光子检测器用于输出指示入射到单光子检测器上的多个光子到达时间的相应检测信号；以及处理电路，用于接收相应检测信号。该处理电路包括下项中的一个或多个再充电电路，被配置成针对光信号的脉冲之间的相应选通窗并以不同的延迟来启用和停用单光子检测器的子集；相关器电路，被配置成输出表示具有相对于彼此在预定相关时间内的到达时间的一个或多个光子的检测的相应相关信号；以及时间处理电路，包括被配置成增加计数值的计数器电路和被配置成基于由相应相关信号或检测信号生成积分时间值的时间积分器电路。

优先权的要求

本申请要求2018年2月13日提交的美国临时申请第62/630,079号、2018年3月1日提交的第62/637,128号、2018年4月9日提交的第62/655,000号以及2018年6月14日提交的第62/684,822号的优先权，分别题为“用于高分辨率远程闪速LIDAR的方法和系统”，其公开内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本文的主题总体上涉及3D成像，并且更具体地涉及用于3D成像的LIDAR(光检测和测距；在本文中也称为“LIDAR”)系统。

背景技术

3D成像系统可以归类为基于雷达的系统，它可能依赖于微波辐射(例如1mm-100cm的波长范围)，而光学系统则可能依赖于光波段中的电磁辐射(例如，100纳米(nm)–1毫米(mm)的波长范围)。光学3D成像系统可以分为基于立体的系统(可能依赖于视差效应)、干涉成像系统(可能取决于多普勒效应)和飞行时间(TOF)系统。

TOF 3D成像系统可分为间接TOF或直接式TOF系统。间接TOF系统的示例是光子混合器设备(PMD)，它可以测量传输与接收的幅度调制光信号之间的相位延迟。到目标的距离d可计算为(d和R在本文中可互换使用)：

可以使用称为锁定像素的准CCD(电荷耦合器件)像素内配置来检测相位，其中光生电荷分布在多个(例如，4个)阱之间，每个阱延迟四分之一的调制周期并持续一半的调制周期。可以从每个四分之一周期的阱中收集的电荷中提取收集到的信号的相移。一些PMD的最大可实现范围分辨率可以表示为：

其中c是光速，f_mod是调制频率，B是等于B＝A_sig+BG的偏移量，其中第一项是积分时间内的信号电子数量，而第二项是积分时间内的背景电子数量，并且c_demod是解调对比。