[发明专利]具有高时间分辨率的LIDAR检测器

说明书

用于确定入射光子的到达时间的方法和设备。可基于跨通过从入射光子所生成的载流子所充电的电容器的电压、电压分别达到多个阈值(V1,V2,V3)的时间以及电压的稳定值(Vs)以高时间精度来确定到达时间。

【技术领域】

本公开涉及LIDAR检测器，具体来说涉及具有高时间分辨率的LIDAR检测器。

【背景技术】

光检测和测距(LIDAR)是一种物体检测、测距和映射的方法。LIDAR使用与雷达相似的技术。存在LIDAR系统的若干主要组件：光源(例如激光器)、光学器件、光子检测器以及用于信号处理的电子器件。例如，通过对扫描激光束的可控导向并且处理从远处物体(例如大楼和景观)所反射的光，可得到这些物体的距离及形状。

LIDAR的一种应用是在自主车辆(例如无人驾驶汽车)中。自主车辆中的LIDAR系统(“车载LIDAR”)可用于障碍检测和碰撞避免，这帮助车辆安全地通过环境。车载LIDAR可安装在自主车辆的车顶上，以及来自LIDAR系统的光不断旋转，以监测车辆周围的环境。LIDAR系统提供必要数据以用于确定潜在障碍物在环境中存在的位置，用于识别障碍物的空间结构，用于区分障碍物，并且用于估计行驶经过障碍物的碰撞。LIDAR系统与雷达相比的一个优点在于，LIDAR系统能够提供更精确测距并且覆盖更大视场。

【发明内容】

本文所公开的是一种方法，包括：使用光子检测器(其包括电容器)来接收光子；采用从光子所生成的载流子对电容器进行充电；得到跨电容器的电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的第一时间；在自第一时间的时间延迟的到期之前确定跨电容器的电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值时，得到跨电容器的电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值的第二时间；得到跨电容器的电压的绝对值等于或超过第三阈值的绝对值的第三时间；当跨电容器的电压稳定时得到跨电容器的电压的稳定值；基于第三时间、第三阈值以及跨电容器的电压的稳定值来确定光子到达光子检测器的时间。

按照实施例，该方法还包括在得到跨电容器的电压的稳定值之后重置跨电容器的电压。

按照实施例，该方法还包括：在时间延迟到期之后确定跨电容器的电压的绝对值小于第二阈值的绝对值时，重置跨电容器的电压。

按照实施例，该方法还包括发射光脉冲。

按照实施例，该方法还包括允许电容器在发射光脉冲时被充电。

按照实施例，由光子检测器所接收的光子属于物体所反射的光脉冲。

按照实施例，该方法还包括基于光子到达光子检测器的时间来确定物体与光子检测器的距离。

本文所公开的是一种光子检测器，包括：光子吸收层，包括电极，光子吸收层配置成接收光子，并且从光子来生成载流子；电容器，电连接到电极，并且配置成通过载流子来充电；控制器；其中控制器配置成：得到跨电容器的电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的第一时间；在自第一时间的时间延迟的到期之前确定跨电容器的电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值时，得到跨电容器的电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值的第二时间；得到跨电容器的电压的绝对值等于或超过第三阈值的绝对值的第三时间；当跨电容器的电压稳定时得到跨电容器的电压的稳定值；并且基于第三时间、第三阈值以及跨电容器的电压的稳定值来确定光子到达光子检测器的时间。

按照实施例，控制器配置成在得到跨电容器的电压的稳定值之后重置跨电容器的电压。

按照实施例，控制器配置成在时间延迟到期之后确定跨电容器的电压的绝对值小于第二阈值的绝对值时，重置跨电容器的电压。

按照实施例，光子吸收层包括二极管。

按照实施例，光子吸收层包括电阻器。

按照实施例，光子吸收层包括放大区，其包括结，结中具有电场；其中电场处于引起放大区中的载流子的雪崩的充分强度。