【技术实现步骤摘要】
本专利技术整体涉及用于光学感测的系统和方法，并且具体地涉及fmcw lidar感测。
技术介绍
1、在频率调制连续波（fmcw）lidar感测布置中，应用射频（rf）啁啾以调制朝向目标的光学辐射光束（通常为单模激光束）的频率。从目标反射的光学辐射与被称为“本地振荡器”或“本地光束”的透射光的样本混合。所混合的光学辐射由光电检测器（诸如平衡光电二极管对）检测，然后该光电检测器以与到目标的距离成比例的拍频输出rf信号。当目标移动时，所产生的反射光学辐射的多普勒频移将导致拍频增加或减小，这取决于运动方向。
2、通过比较从正斜率和负斜率的啁啾获得的拍频，因此可能提取目标的范围和速度两者。在理想情况下，如果由于多普勒频移引起的拍频是d，并且由于啁啾和范围引起的拍频是r，则用于向上啁啾的测量拍频将是并且向下啁啾上的拍频将是。因此，所测量的向上啁啾频率和向下啁啾频率之和显示了多普勒频移，并且差值显示了范围。
3、如本说明书和权利要求书的上下文中所用的术语“光”和“光学辐射”是指在可见光谱带、紫外光谱带、红外光谱带中的任一者中的电磁辐射。
技术实现思路
1、下文描述的本专利技术的实施方案提供了用于光学感测的改进装置与方法。
2、因此，根据本专利技术的实施方案提供了包括发射器的光学感测装置，该发射器被配置为朝目标场景发射传出频率调制（fm）相干光学辐射。接收器包括：单光子检测器的阵列，这些单光子检测器被配置为响应于入射在检测器上的光子而输出电脉冲；和光学器件，该光
3、在一些实施方案中，发射器被配置为将fm相干光学辐射作为泛光辐射投射在目标场景的区域之上。
4、另选地，发射器被配置为将fm相干光学辐射的图案投射到目标场景上。在一些实施方案中，处理电路被配置为选择单光子检测器的子集，图案被光学器件成像到单光子检测器的该子集上，以及对由所选的子集中的单光子检测器输出的电脉冲进行计数以便检测拍频。在一个实施方案中，图案包括光点矩阵。在另一个实施方案中，图案包括一个或多个条纹。
5、在一些实施方案中，发射器被配置为将频率啁啾应用于传出相干光学辐射，以及基于由于频率啁啾而出现的差拍信号来测量范围。
6、在所公开的实施方案中，单光子检测器包括单光子雪崩二极管（spad）。
7、在一些实施方案中，处理电路被配置为将计数计算为由相应组的单光子检测器输出的电脉冲的集体计数。在一个实施方案中，处理电路被配置为对组中的每个组中的单光子检测器之上的电脉冲的计数进行求和。
8、在公开的实施方案中，作为时间函数的电脉冲的计数定义时间波形，并且处理电路被配置为通过将时间波形变换成频域表示以及找到频域表示中的峰值来提取拍频。
9、另外或另选地，处理电路耦合以交替地在第一脉冲串缓冲器和第二脉冲串缓冲器中写入子帧序列之上的电脉冲的计数，以及反向交替地从第二脉冲串缓冲器和第一脉冲串缓冲器读出计数，以用于处理以检测拍频，使得在每个子帧期间，将电脉冲的计数写入第一脉冲串缓冲器和第二脉冲串缓冲器中的一者，并且从第一脉冲串缓冲器和第二脉冲串缓冲器中的另一者读出电脉冲的计数。
10、根据本专利技术的实施方案，还提供了一种用于光学感测的方法，该方法包括朝目标场景发射传出频率调制（fm）相干光学辐射。目标场景被成像到单光子检测器的阵列上，该单光子检测器响应于入射在检测器上的光子而输出电脉冲。使传出fm相干光学辐射的一部分转向以形成本地光束，该本地光束在单光子检测器处与来自目标场景的传入光学辐射混合。计算由单光子检测器响应于所混合的光学辐射而作为时间函数输出的电脉冲的计数。从所计算出的计数提取拍频，并且响应于拍频而测量目标场景中的点的范围。
11、结合附图，从下文中对本专利技术的实施方案的详细描述将更全面地理解本专利技术，在附图中：
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1.一种光学感测装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射器被配置为将所述FM相干光学辐射作为泛光辐射投射在所述目标场景的区域之上。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射器被配置为将所述FM相干光学辐射的图案投射到所述目标场景上。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述处理电路被配置为选择所述单光子检测器的子集，所述图案被所述光学器件成像到所述单光子检测器的所述子集上，以及对由所选的子集中的所述单光子检测器输出的电脉冲进行计数以便检测所述拍频。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述图案包括光点矩阵。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述图案包括一个或多个条纹。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射器被配置为将频率啁啾应用于所述传出相干光学辐射，以及基于由于所述频率啁啾而出现的差拍信号来测量所述范围。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述单光子检测器包括单光子雪崩二极管（SPAD）。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述处理电路被配置为将所述
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理电路被配置为对所述组中的每个组中的所述单光子检测器之上的所述电脉冲的所述计数进行求和。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中作为所述时间函数的所述电脉冲的所述计数定义时间波形，并且其中所述处理电路被配置为通过将所述时间波形变换成频域表示以及找到所述频域表示中的峰值来提取所述拍频。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述处理电路耦合以交替地在第一脉冲串缓冲器和第二脉冲串缓冲器中写入子帧序列之上的所述电脉冲的所述计数，以及反向交替地从所述第二脉冲串缓冲器和所述第一脉冲串缓冲器读出所述计数，以用于处理以检测所述拍频，使得在每个子帧期间，将所述电脉冲的所述计数写入所述第一脉冲串缓冲器和所述第二脉冲串缓冲器中的一者，并且从所述第一脉冲串缓冲器和所述第二脉冲串缓冲器中的另一者读出所述电脉冲的所述计数。
13.一种用于光学感测的方法，包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其中发射所述传出FM相干光学辐射包括将所述FM相干光学辐射作为泛光辐射投射在所述目标场景的区域之上。
15.根据权利要求13所述的方法，其中发射所述传出FM相干光学辐射包括将所述FM相干光学辐射的图案投射到所述目标场景上。
16.根据权利要求13所述的方法，其中发射所述传出FM相干光学辐射包括将频率啁啾应用于所述传出相干光学辐射，其中所述范围是基于由于所述频率啁啾而出现的差拍信号来测量的。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述单光子检测器包括单光子雪崩二极管（SPAD）。
18.根据权利要求13所述的方法，其中计算所述计数包括计算由相应组的所述单光子检测器输出的所述电脉冲的集体计数。
19.根据权利要求13所述的方法，其中计算所述计数包括对由所述单光子检测器中的每个单光子检测器各自输出的所述电脉冲进行计数。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中作为所述时间函数的所述电脉冲的所述计数定义时间波形，并且其中提取所述拍频包括将所述时间波形变换成频域表示以及找到所述频域表示中的峰值。
...【技术特征摘要】
1.一种光学感测装置，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射器被配置为将所述fm相干光学辐射作为泛光辐射投射在所述目标场景的区域之上。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射器被配置为将所述fm相干光学辐射的图案投射到所述目标场景上。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述处理电路被配置为选择所述单光子检测器的子集，所述图案被所述光学器件成像到所述单光子检测器的所述子集上，以及对由所选的子集中的所述单光子检测器输出的电脉冲进行计数以便检测所述拍频。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述图案包括光点矩阵。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述图案包括一个或多个条纹。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述发射器被配置为将频率啁啾应用于所述传出相干光学辐射，以及基于由于所述频率啁啾而出现的差拍信号来测量所述范围。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述单光子检测器包括单光子雪崩二极管（spad）。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述处理电路被配置为将所述计数计算为由相应组的所述单光子检测器输出的所述电脉冲的集体计数。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理电路被配置为对所述组中的每个组中的所述单光子检测器之上的所述电脉冲的所述计数进行求和。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中作为所述时间函数的所述电脉冲的所述计数定义时间波形，并且其中所述处理电路被配置为通过将所述时间波形变换成频域表示以及找到所述频域表示中的峰值来提取所述拍频。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：万代新悟，C·L·尼西亚斯，V·桑杰夫，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：
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