CN110554401B - 混合lidar接收器和lidar方法 - Google Patents

Abstract

一种LIDAR***，包括：接收器，包括光电检测器阵列，光电检测器阵列被配置为检测光并基于检测到的光生成电信号；以及空间光调制器，具有包括多个列的阵列反射元件。每个列包括被配置为可切换地引导光朝向光电检测器阵列的多个反射元件，其中空间光调制器被配置为接收来自视场中的对象的、与从该对象反射的环境光相对应的光。LIDAR***包括：控制器，被配置为顺序地激活空间光调制器的多个列，使得被激活列的多个反射元件引导光朝向光电检测器阵列；以及至少一个处理器，被配置为接收来自光电检测器阵列的电信号，并且生成表示视场的环境光图片的二维图像。

Description

混合LIDAR接收器和LIDAR方法

技术领域

本公开总体涉及用于光检测和测距(LIDAR)的设备和方法。

背景技术

光检测和测距(LIDAR)是使用脉冲激光形式的光来测量与视场中的一个或多个对象的距离(可变距离)的远程感测方法。特别地，朝向对象发射光。光电检测器的阵列接收来自被光照射的对象的反射，并确定反射到达光电检测器阵列中的各个传感器所需的时间。这也被称为测量飞行时间(TOF)。LIDAR***通过基于飞行时间计算将距离映射到对象，来形成深度测量并进行距离测量。因此，飞行时间计算可以创建可用于生成图像的距离和深度图。

然而，环境光也可在LIDAR接收器处被接收，并且可以有助于用于生成距离和深度图的光生信号。这种环境光可以具有丢失对象、检测重影对象或者在距离和深度图中创建噪声的不期望的效果。因此，期望开发一种对由环境光引起的噪声具有鲁棒性的LIDAR***。

此外，当在接收器处使用一维(1D)光电检测器阵列时，图像的竖直分辨率受到竖直方向上对齐的光电检测器阵列的像素数目的限制。因此，期望可以开发一种增加1D光电检测器阵列的竖直分辨率的LIDAR***。

发明内容

实施例提供了光检测和测距(LIDAR)***和LIDAR扫描方法。

根据一个或多个实施例，LIDAR***包括：接收器，包括被配置为检测光并基于检测到的光生成电信号的光电检测器阵列；以及空间光调制器，具有反射元件的阵列，该阵列包括多个列，多个列中的每个列包括被配置为可切换地朝向光电检测器阵列引导光的多个反射元件，其中空间光调制器被配置为接收来自视场中的对象的、与从该对象反射的环境光相对应的光。LIDAR***还包括：控制器，被配置为顺序地激活空间光调制器的多个列，使得被激活列的多个反射元件朝向光电检测器阵列引导光；以及至少一个处理器，被配置为接收来自光电检测器阵列的电信号，并生成表示视场的环境光图像的二维图像。环境光图像的每个像素指示与该像素相对应的环境光的光强度。

根据一个或多个实施例，提供了由LIDAR***实施的扫描视场的方法。方法包括：在空间光调制器上接收来自视场的光束，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的反射元件的二维阵列，其中每个光束都沿着多个列中的一列延伸；确定多个列中的空间分离列的第一集合，多个列中的该空间分离列的第一集合对应于与第一扫描过程相对应的接收光束的第一集合的接收方向；以及在第一扫描过程期间激活空间分离列的第一集合，使得接收光束的第一集合中的每一接收光束朝向光电检测器阵列引导，同时在第一扫描过程期间对多个列中的剩余列去激活，使得光被引导远离光电检测器阵列。

根据一个或多个实施例，提供了由LIDAR***实现的扫描视场的方法。该方法包括：在空间光调制器上接收来自视场的光束，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的反射元件的二维阵列，其中每个光束沿着多个列中的一列延伸；将多个列的每个列中的反射元件布置成组，其中一组的反射元件被配置为当被激活时朝向光电检测器阵列的相同像素引导光，并且相同列中的不同组的反射元件被配置为当被激活时朝向光电检测器阵列的不同像素引导光；选择多个列中与光束的接收方向相对应的列集合；以及针对不同的扫描周期，在所选择的列集合的每个组中交错激活反射元件，同时在不同扫描周期期间对空间光调制器的剩余反射元件去激活。

附图说明

参照附图在本文描述实施例。

图1A是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的示意图；

图1B是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的另一示意图；

图1C是示出根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的接收器的部件的示意图；

图2是示出根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的接收器的部件的示意图；

图3是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的接收器的截面图；

图4是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的接收器的截面图；

图5是示出根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***的接收器的部件的示意图；

图6是根据一个或多个实施例的在一个或多个操作模式下的LIDAR扫描***的示意图；

图7是根据一个或多个实施例的在一个或多个操作模式下的LIDAR扫描***的示意图；

图8是根据一个或多个实施例的在一个或多个操作模式下的LIDAR扫描***的示意图；以及

图9是根据一个或多个实施例的在一个或多个操作模式下的LIDAR扫描***的示意图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述各种实施例。应该注意，这些实施例仅用于说明的目的而不用于限制。例如，虽然可以将实施例描述为包括多个特征或要素，但这并不意味着实现实施例需要所有这些特征或要素。相反，在其他实施例中，一些特征或要素可以省略，或者可以被替代特征或要素来替换。此外，除明确示出和描述的特征或要素外，还可提供其他特征或要素，例如传感器设备的常规部件。

除非另有特别说明，否则可将来自不同实施例的特征组合以形成另一些实施例。相对于一个实施例描述的变化或修改也可适用于其他实施例。在一些情况下，为了避免模糊实施例，以框图形式而不是详细地示出众所周知的结构和设备。

除非另有说明，否则图中所示或本文所述的元件之间的连接或耦合可以是基于有线的连接或无线连接。此外，这种连接或耦合可以是直接连接或耦合而不需要附加的中间元件，或者可以是具有一个或多个附加中间元件的间接连接或耦合，只要连接或耦合的一般目的(例如，传输一定种类的信号或传输一定种类的信息)基本保持即可。

实施例涉及光学传感器和光学传感器***、以及获取有关光学传感器和光学传感器***的信息。传感器可以指代将要被测量的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。例如，物理量可以包括电磁辐射(例如，可见光、红外(IR)辐射或其他类型的照射信号)、电流或电压，但不限于此。例如，图像传感器可以是相机内的硅芯片，其将来自透镜的光的照片转换成电压。传感器的有效面积越大，越多的光可以被收集以创建图像。

本文使用的传感器设备可以指代包括传感器和其他部件(例如，偏压电路、模数转换器或滤波器)的设备。传感器设备可集成在单个芯片上，尽管在其他实施例中，可以使用多个芯片或者还使用芯片外的部件来用于实现传感器设备。

在LIDAR***中，源将光脉冲发射到视场中，并且光通过反向散射从一个或多个对象反射。特别地，LIDAR是直接飞行时间(TOF)***，其中光脉冲(例如，红外光的激光脉冲)被发射到视场中，并且像素阵列检测和测量反射脉冲。例如，光电检测器的阵列接收来自被光照射的对象的反射。

然后，横跨像素阵列的多个像素的每个光脉冲的返回时间差可用于制作环境的数字3D表示或生成其他传感器数据。例如，光源可以发射单个光脉冲，并且电耦合至像素阵列的时间-数字转换器(TDC)可以从光脉冲被发射的时间到反射光脉冲在接收器(即，在像素阵列处)处被接收的时间进行计数。然后，光脉冲的“飞行时间”被转换为距离。

诸如振荡水平扫描(例如，从视场的左到右和从右到左)的扫描能够以连续扫描方式照射场景。通过在不同的扫描方向上发射连续的光脉冲，可以扫描被称为“视场”的区域，并且可以检测和成像该区域内的对象。也可以使用光栅扫描。

图1A是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的示意图。LIDAR扫描***100是光学扫描设备，其包括：发射器，包括照射单元10、发射器光学器件11和一维(1D)MEMS镜12；以及接收器，包括主光学器件14、数字微镜器件(DMD)15、次光学器件16和1D光电检测器阵列17。

照射单元10包括三个光源(例如，激光二极管或发光二极管)，它们以单条形式线性地对齐并且被配置为发射用于扫描对象的光。由光源发射的光通常是红外光，尽管还可以使用具有其他波长的光。从图1的实施例可以看出，由光源发出的光的形状在垂直于传输方向的方向上扩展，以形成与发射垂直的具有长方形的光束。从光源发射的照射光朝向发射器光学器件11引导，发射器光学器件11被配置为将每个激光聚焦到一维MEMS镜12上。例如，发射器光学器件11可以是透镜或棱镜。当被MEMS镜12反射时，来自光源的光被竖直对齐，以形成红外光的一维竖直扫描线或红外光的竖直条。照射单元10的每个光源都对竖直扫描线的不同竖直区域作出贡献。虽然示出了三个激光源，但是可以理解，激光源的数目不限于此。例如，可以通过单个激光源、两个激光源或者三个以上的激光源生成竖直扫描线。

MEMS镜12是集成在半导体芯片(未示出)上的机械移动镜(即，MEMS微镜)。根据该实施例的MEMS镜12被配置为围绕单轴线旋转，并且可以说对于移动而言仅具有一个自由度。由于该单轴线的旋转，MEMS镜12被称为1D MEMS镜。

MEMS镜12被配置为围绕单个扫描轴线13“左右(side-to-side)”振荡，使得从MEMS镜12反射的光(即，光的竖直扫描线)在水平扫描方向上来回振荡。例如，扫描包括通过从视场的第一边缘(例如，左侧)振荡到视场的第二边缘(例如，右侧)、然后再次回到第一边缘的一个完整振荡所定义的扫描周期或振荡周期。MEMS镜12的镜周期对应于扫描周期。

因此，通过改变MEMS镜12在其扫描轴线13上的角度，由竖直光条在水平方向上扫描视场。例如，MEMS镜12可以被配置为在+/-15度之间振荡，以在组成视场的扫描范围的30度上操控光。由此，利用MEMS镜12通过其运动角度的旋转，可以逐线地扫描视场。通过运动角度的一个这种序列(例如，从-15度到+15度)被称为单次扫描或扫描循环。多次扫描可以用于通过处理单元生成距离和深度图以及3D图像。深度图和图像的水平分辨率取决于MEMS镜12在扫描之间所采取的旋转角度的递增步长的大小。

虽然在MEMS镜的上下文中描述了传输镜，但可以理解，还可以使用其他1D镜。此外，旋转角度不限于+/-15度，并且可以根据应用增加或减小视场。

在冲击一个或多个对象时，发射的竖直光条朝向LIDAR扫描***100被反射回，其中，主光学器件14(例如，透镜)接收反射光。主光学器件14将反射光引导到DMD 15上，DMD15进一步通过次光学器件16(例如，透镜和/或全内反射(TIR)棱镜)将接收到的反射光偏转到光电检测器阵列17上。

DMD 15是调制器元件的二维阵列，每一个调制器元件都可以称为DMD像素。每个调制器元件都可以是微镜，其被配置为通过接收从控制器(例如，微控制器或其他处理单元)发送的电信号而激活(即，接通)或去激活(即，断开)。电信号控制对应调制器元件的倾斜机构。因此，调制器元件各自具有对应的数据存储单元，每个数据存储单元都能够在有效照射周期期间单独寻址，并且每个调制器元件可以在至少两个状态之间进行每秒数千次的切换。在以下示例中，调制器元件被称为微镜，但不限于微镜，而是可以是调制光朝向或远离光电检测器阵列17的其他类型的反射元件或像素元件。

在激活状态下，微镜的倾斜被配置为将接收到的光朝向光电检测器阵列17的对应像素反射。源于照射单元10的光源中的一个光源的这种接收到的光也可以称为有用光。在去激活状态下，微镜的倾斜被配置为使得冲击在微镜上的光偏转远离光电检测器阵列17。这种光可以称为环境光。这里，微镜的倾斜可以被去激活，使得微镜平坦。由于即使在微镜平坦的情况下，环境光的一部分仍然会无意中到达光电检测器阵列17，所以可以根据可接受的环境噪声量来使用第三状态。在第三状态下，DMD微镜可以在不同位置被倾斜以积极地反射光远离光电检测器阵列17。该第三状态可以被称为“光转出(light dump)”或阻挡状态，并且可以用于重新引导环境光远离光电检测器阵列17。

DMD 15是一种类型的可以根据本文提供的实施例使用的反射式空间光调制器(SLM)。SLM包括被配置为在被激活时将光引导(例如，反射)朝向光电检测器阵列17的像素元件的阵列。在一个示例中，DMD 15可以是640x480镜阵列，其具有640个镜行和480个镜列，但不限于此。在接收器处接收到的所反射的竖直光条被投射到DMD 15的一个或多个镜列的表面上。即，接收到的反射光沿至少一列延伸。例如，接收到的反射光可以在沿着列延伸的线上冲击DMD 15。当MEMS镜12改变发射方向时，光条冲击的一个或多个镜列发生改变。因此，根据MEMS镜12的光条被反射的角度位置，一个或多个列接收竖直光条。为了协调一个或多个列的激活，来自MEMS镜12的角度位置信息由此可以用于确定在DMD 15中将要激活哪个列或那些列。

如本文所使用的，镜列可以称为DMD线或DMD列。DMD 15的每个镜列可以包括多个镜组或多个镜集合，它们被布置为将光传输到光电检测器阵列17的相同像素。例如，每个组都可以包括两个相邻的DMD像素(例如，顶部DMD像素和底部DMD像素)，这两个像素均被配置为将入射到其上的光传输到光电检测器阵列17的相同像素，尽管所传输的光将入射到光电检测器阵列17的像素的有效表面(即，光敏表面)的不同区域上。因此，在一个镜列内，第一组中的两个或多个相邻DMD像素可以将光传输到光电检测器阵列17的第一像素，而第二组中的两个或多个相邻DMD像素可以将光传输到光电检测器阵列17的第二像素，依此类推。

此外，同一行中的DMD像素可以传输至光电检测器阵列的相同对应像素，尽管仍然是所传输的光可以入射到光电检测器阵列17的像素的有效表面的不同区域上。不同行中的DMD像素可以传输到光电检测器阵列17的不同像素。因此，可以在每列中布置类似的DMD像素组，其中，每列中的第一组将光传输到光电检测器阵列17的第一像素，每列中的第二组将光传输到光电检测器阵列17的第二像素，依此类推。

光电检测器阵列17被配置为生成测量信号，该测量信号用于基于反射光(例如，经由TOF计算和处理)生成环境的3D图。例如，光电检测器阵列17可以是光电二极管阵列或者能够检测和测量光并从中生成电信号的其他光检测部件的阵列。

光电检测器阵列17可以是多种光电检测器类型中的任何类型，包括雪崩光电二极管(APD)、光电单元和/或其他光电二极管器件。诸如电荷耦合器件(CCD)的成像传感器可以是光电检测器。在本文提供的示例中，光电检测器阵列17是包括APD像素的信号列的APD阵列。APD像素的形状因子可以使得每个像素的宽度大于高度。

光电检测器阵列17接收反射光脉冲。由于已知来自照射单元10的每个光脉冲的传输时间，并且由于光以已知速度传播，所以飞行时间计算可以确定对象与光电检测器阵列17的距离。深度图可以绘制距离信息。

当激光能量的脉冲从MEMS镜12的表面进入视场时，在激光照射视场中的对象时出现反射脉冲。这些反射脉冲到达DMD 15，DMD 15还可以选择性地将光反射到光电检测器阵列17上。例如，DMD 15的一个或多个镜列可以被激活，以将光传输到光电检测器阵列17，同时其他镜列被去激活。可替代地，一列或多列中的每个组的一个DMD像素可以被激活，同时所有其他DMD像素被去激活。偏转光束可通过次光学器件16(诸如TIR棱镜，以最小化损耗)或者可替代地通过分束器朝向光电检测器阵列17路由。

在一个示例中，针对每个距离采样，微控制器触发来自照射单元10的光源中的每个光源的激光脉冲，并且还在时间-数字转换器(TDC)集成电路(IC)中启动计时器。激光脉冲通过传输光学器件进行传播，被目标场反射，通过DMD 15进行空间滤波，并且由APD阵列17的APD捕获。APD发出短电脉冲，该短电脉冲然后被电信号放大器放大。比较器IC识别脉冲并向TDC发送数字信号以停止计时器。TDC使用时钟频率来校准每次测量。TDC将启动和停止数字信号之间的差分时间的串行数据发送给微控制器，该微控制器过滤掉任何错误读数，对多次时间测量进行平均，并计算与特定场位置处的目标的距离。然后，微控制器可以增加DMD图案(DMD pattern)，以在重新开始距离测量之前测试新的场位置。通过在不同方向上发出连续的光脉冲，可以扫描区域，可以生成三维图像，并且可以检测该区域内的对象。

鉴于上述情况，DMD阵列可以用于将可用光与环境光分离，并且仅将可用光传输至光电二极管(即，入射在APD阵列上)。可以激活DMD阵列的单个列或DMD阵列的多个空间分离的列，从而通过由控制器执行的与MEMS镜12的同步来确定其激活。

例如，控制器已知1D MEMS镜12的传输角度(即，基于MEMS镜12在其扫描轴线上的旋转角度)。DMD 15可以被校准，使得MEMS镜12在其扫描轴线上的位置通过控制器被同步，以使DMD 15的特定镜列被激活。即，由于光脉冲的角度和方向已知，因此可以确定预期接收有用光的镜列。基于与MEMS镜的旋转角度的同步，基于期望DMD像素中的哪一个接收反射的有用光来激活DMD的像素。例如，控制器可以激活期望有用光的对应DMD像素列，使得有用光通过DMD像素列传输到APD像素阵列。因此，控制器可以被配置为控制每个光脉冲的定时、MEMS镜12的扫描位置或传输角度、以及相互同步的一个或多个DMD镜(像素)列的激活。

与用于将光点而非光条扫描到视场的2D镜相比，如本文所述具有光条传输的1D镜的使用允许逐列而不是逐像素地激活DMD 15，使得考虑到有限的脉冲发射频率而实现更有效的扫描操作。

入射在去激活像素上的接收到的光表示接收到的环境光。通过对这些像素进行去激活，环境光不被传输到APD像素阵列，并且可以减少APD像素阵列处入射的环境光(噪声)的量。

当与DMD阵列相比时，APD阵列具有更低的竖直尺寸，这是因为光电二极管元件或像素的数目更少。例如，APD阵列可以是1x16或1x32阵列，但不限于此。因此，虽然DMD具有高分辨率，但图像的竖直分辨率可能受到APD阵列的竖直尺寸的限制。

然而，图像的竖直分辨率可以通过以交错方式激活DMD列中的每个第二或每个第三像素来提高，使得每个APD像素接收来自相同DMD列中的多个DMD像素的光。在这种情况下，需要多次扫描，以收集与整个DMD列相对应的距离信息。

图1B是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的示意图。特别地，图1B示出了LIDAR扫描***100的附加特征，其包括示例处理和控制***部件，诸如处理和控制单元18和镜驱动器19。

如上所述，照射单元10将光条发射到MEMS镜12上，然后其作为光1a的竖直扫描线发射到可以存在一个或多个对象2a、2b和2c的视场中。此外，由周围环境的光(例如，阳光)产生的环境光3a也可以传输到视场中。结果，有用光1b和环境光3b可以经由反向散射朝向LIDAR扫描***100的接收器反射回来。

处理和控制单元18包括微控制器和至少一个处理器，其中至少一个微控制器被配置为控制DMD 15的镜驱动器19和单独可寻址的DMD像素(微镜)。具体地，镜驱动器19基于由处理和控制单元18生成的控制信号来驱动MEMS镜12围绕其扫描轴线的振荡移动。因此，通过处理和控制单元18来控制光1a的传输角度，由此控制光1a的传输方向。

处理和控制单元18还生成用于驱动照射单元10以控制光脉冲的发射定时的控制信号。根据MEMS镜12的倾斜(即，根据MEMS镜12的振荡或扫描位置)，可以生成与期望传输方向一致的光脉冲。

此外，处理和控制单元18被配置为生成控制信号，该控制信号用于与MEMS镜12的振荡或扫描位置同步地控制DMD 15的每个微镜的状态。

在本示例中，DMD 15的镜列中的一个或多个DMD像素被激活，以与DMD 15处接收有用光1b的光条的位置一致。当被接收到时，有用光1b的光条沿着镜列入射，该镜列可以由处理和控制单元18基于校准信息预先确定。例如，校准信息可以包括MEMS镜12的扫描位置或倾斜角与DMD 15的期望接收的有用光1b的对应镜列之间的相关性，使得MEMS镜12的移动与对应镜列中的微镜的激活同步。随着MEMS镜12的角度改变，特定镜列的激活和去激活也可以随之改变。

与用于将光点而非光条扫描到视场的2D镜相比，使用具有本文所述光条传输的1D镜允许逐列而不是逐像素地激活DMD 15，从而考虑到有限的脉冲发射效率而实现更有效的扫描操作。

然后，可用光1b的光条可以被镜列的激活像素反射，并且横跨或者沿着光电检测器阵列17的一个或多个部分被投射。光电检测器阵列17包括光电二极管17a的1D阵列和模拟读出电路17b，模拟读出电路17b被配置为读出由接收光的光电二极管生成的电信号。然后，这些电信号被传送到处理和控制单元18以用于包括上文所述的飞行时间计算的数据处理。例如，处理和控制单元18可以包括用于每个光电二极管的模数转换器(ADC)和记录飞行时间的现场可编程门阵列(FPGA)。

也可在接收器处(例如，在DMD 15处)接收的环境光3b可以与有用光1b分离，并且至少部分地偏转远离光电检测器阵列17以减少图像中的环境噪声。因此，DMD15被配置为激活所选择的像素(或像素组)并转出环境光。

图1C是示出根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的接收器的一部分的示意图。特别地，示出DMD 15、次接收器光学器件16和光电检测器阵列17，并且示出了横跨或者沿着DMD 15的镜列接收光条(例如，激光线图像)的示例。仅为了说明目的，DMD像素和光电二极管像素的数目已被减少。

每个镜列中的像素成对分组，使得第一(顶部)对朝向光电检测器阵列17的第一(顶部)光电二极管反射光，第二(中间)对朝向光电检测器阵列17的第二(中间)光电二极管反射光，以及第三(底部)对朝向光电检测器阵列17的第三(底部)光电二极管反射光。每个DMD像素都将光传输到对应光电二极管的有效区域或区的一部分有效区域或区。对于光电检测器阵列17的每个对应光电二极管，像素组也可以扩展为三个或更多个相邻(即，连续)的DMD像素。

在图1C中，激活全部的、完整镜列的像素以将光条传输到光电检测器阵列17。因此，光条横跨或者沿着光电二极管的全部阵列投射到光电检测器阵列17上作为线图像。这里，图像的竖直分辨率等于光电检测器阵列17中的光电二极管的数目(例如，APD像素的数目)。

与DMD和1D扫描一起使用的1D APD相对于真正的2D硅接收器的一些优点是：只有有效列接收光并引起功率损耗，然后被APD接收。通常，这降低了APD的总光电流及其轻负载。此外，具有能力断开所有DMD列(像素)，产生用于校准和其他目的的黑暗状态。此外，分辨率增强在两个方向上都是可能的。

图2是示出根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的接收器的部件的示意图。特别地，示出了DMD 15、次接收器光学器件16和光电检测器阵列17，并且示出了横跨或者沿着DMD 15的镜列接收光条(例如，激光线图像)的示例。与图1C所示的DMD 15类似，DMD像素被分组成对，其中每个镜列中的每个像素组将光反射到光电检测器阵列17的光电二极管中的对应的一个光电二极管。

在图2的顶部部分，仅激活镜列中的每个DMD像素组的底部DMD像素。在图2的底部部分，仅激活镜列中的每个DMD像素组的顶部DMD像素。

该激活方案可以以交错途径来实现，以提高图像的竖直分辨率。例如，在第一扫描或第一多个扫描中，可以激活镜列的每个像素组中的第一DMD像素，而每组中的第二DMD像素被去激活(例如，平坦)。在第二扫描或第二多个扫描中，可以激活镜列的每个像素组中的第二DMD像素，而每组中的第一DMD像素被去激活(例如，平坦)。如图所示，每个DMD像素组的每个底部DMD像素传输在接收器处接收的光条的一部分光条，并且所传输的光的部分入射到光电检测器阵列17的对应光电二极管的有效区域的一部分有效区域上。

当使用像素对时，可以通过使用这种交错激活方案有效地使图像的竖直分辨率加倍。如果每组包括三个DMD像素，则将实施第三扫描或第三多个扫描，而且通过使用这种交错激活方案可有效地将图像的竖直分辨率增至三倍。

这里，扫描用于指代扫描周期，但是扫描的一半(即，扫描周期的一半)也可用于DMD像素的交错激活和去激活。例如，当从视场的左边缘到右边缘扫描时，像素组中的第一像素可以被激活以传输至光电检测器阵列17，并且当从视场的右边缘到左边缘扫描时，像素组中的第二像素可以被激活以传输至光电检测器阵列17。

图3是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的接收器的截面图。特别地，图3示出了由LIDAR扫描***100实施的同步扫描模式的多个相位(phases)。这些相位在扫描周期内是双向的。在同步扫描模式下，DMD 15的镜列与MEMS镜12的倾斜角度(或传输方向)同步激活。例如，随着MEMS镜12的倾斜角度在扫描周期期间变化，与接收方向相对应的单个镜列在一定时间有效。换言之，当照射单元10发射光脉冲时，与MEMS镜12的倾斜角度相对应的镜列被激活。如上所述，当被激活时，可以实施全列激活或交错列激活。

与用于将光点而非光条扫描到视场的2D镜相比，具有本文所述光条传输的1D镜的使用允许逐列地而非逐像素地激活DMD 15，使得鉴于有限的脉冲发射频率实现更有效的扫描操作。

注意，照射单元10可以仅能够在(小)延迟周期之后发射后续的光脉冲。即，照射单元10在脉冲发射频率(例如，每秒100个脉冲)下操作，使其基于脉冲发射频率以发射间隔射出光脉冲。由于MEMS镜12也以其自身振荡频率(例如，2kHz)在光脉冲之间移动，因此传输角度将在后续的光脉冲处改变，使得接收器处的光的接收角度也被改变。由于传输后续光脉冲的这种延迟，将被激活的后续镜列与先前激活的镜列空间分离(即，通过至少一个镜列分离)，以与后续光脉冲能够被发射时发生的MEMS镜12的倾斜角度的变化相一致。由于恒定的发射频率和振荡频率，所以被激活的镜列之间的间距可以是恒定的。换言之，如果MEMS镜12的角速度是恒定的，则间距可以也是恒定的。因此，一般来说，间距是MEMS镜12的角速度的函数。可替代地，如果脉冲发射频率在扫描期间动态变化，则被激活的镜列之间的间距可以是可变的。

这里，在扫描或扫描序列期间，三个空间分离镜列或非相邻的镜列的集合被顺序激活，以将接收到的光传输到光电检测器阵列17。可以使用这种设置下的多次扫描，以针对所选传输方向积累图像数据、处理和确认图像数据以及消除误差。

在执行必要次数的扫描之后，可以根据新选择的传输/接收方向通过处理和控制单元18来选择空间分离镜列的不同集合。空间分离镜列的下一集合可以相对于空间分离镜列的先前集合偏移预定量(例如，向右或向左的一个或多个像素列)。每个集合都可以包含相同数目的列。下一集合中的每个列可以相对于先前集合的相应列偏移相同预定量的列。

然后，处理和控制单元18可以协调光脉冲的开始时间、MEMS镜12的振荡、以及同步扫描模式下新的镜列集合的顺序激活。在执行必要次数的扫描之后，可以选择空间分离镜列的不同集合，依此类推。

如果使用交错激活方案，则扫描次数增加(例如，当使用多组像素对时，扫描次数加倍)。例如，对于集合中的每个空间分离镜列，第一扫描或第一扫描序列被用于每个组中的每个第一DMD像素。然后，针对集合中的每个空间分离镜列，第二扫描或第二扫描序列被用于每个组中的每个第二DMD像素。一旦针对空间分离镜列的当前集合完成了交错扫描操作，就可以经由偏移操作通过处理和控制单元18来选择空间分离镜列的不同集合，并且可以为空间分离镜列的新集合重复DMD像素镜的交错激活。

图4是根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的接收器的截面图。特别地，图4示出了通过LIDAR扫描***100实施的准静态扫描模式的多个相位。这些相位在扫描周期内是双向的。在准静态扫描模式下，DMD 15的镜列的集合在整个扫描周期或扫描周期序列的持续时间内同时被激活。通过处理和控制单元18来选择该集合的镜列，以与将要通过照射单元10发射光脉冲的MEMS镜12的不同倾斜角一致。尽管由光检测器阵列17的相应像素接收的背景光增加，但与光检测器阵列17的像素接收全背景照射(例如，当DMD 15的所有像素都被激活时)的操作相比，冲击像素的背景光仍然显著减少。

在准静态扫描模式下，多个接收方向在整个扫描周期或扫描周期序列的持续时间内是有效的。在执行必要次数的扫描之后，可以通过处理和控制单元18来选择空间分离镜列的不同集合，并且扫描处理重复。例如，空间分离镜列的下一集合可以相对于空间分离镜列的先前集合偏移预定量(例如，向右或向左的一个或多个像素列)。

当像素列在准静态扫描模式下被激活时，可如上所述实施全列激活或交错列激活。如果使用交错激活方案，则扫描次数增加(例如，当使用多组像素对时，扫描次数加倍)。

处理和控制单元18可以被配置为在同步扫描模式、准静态扫描模式和本文提供的任何其他操作模式之间切换。在LIDAR***的操作期间，不同模式之间的切换可以是动态切换。切换可以基于特定要求、使用LIDAR的车辆的驾驶情况(慢速驾驶、快速驾驶)等。通常，DMD设备可以从第一操作模式动态地切换到第二操作模式，使得在第一操作模式中可以使用用于激活像素的第一激活方案，而在第二操作模式中可以使用与第一激活方案不同的第二激活方案。此外，与第二操作模式相比，在第一操作模式中可以在扫描期间激活不同数目的像素。

图5是示出根据一个或多个实施例的LIDAR扫描***100的接收器的部件的示意图。特别地，图5示出了在同步扫描模式或准静态扫描模式下采用交错列激活的DMD 15的多个激活的DMD像素。此外，示出了其上入射接收到的光的光电二极管的有效区的不同区域。不同区域的位置与DMD 15的对应激活的DMD像素相对应。例如，最左侧的DMD像素朝向光电检测器阵列17的光电二极管的最左侧区域反射光，并且最右侧的DMD像素朝向光电检测器阵列17的光电二极管的最右侧区域反射光。

随着不同的DMD像素在DMD列中被激活，类似于图2所示，其上入射接收到的光的有效区内的区域可以在光电二极管内竖直偏移。此外，当整个DMD列被完全激活时，与图1C所示的类似，有效区域内的整个列区域可以接收光。例如，当DMD 15的三个对应DMD列被完全激活时，图5所示的光电检测器阵列17的每个光电二极管上的三个区域可以扩展到三个全列区域。

当在光电二极管处检测到光时，处理和控制单元18获知哪些DMD像素被激活。因此，处理和控制单元18进一步获知光脉冲的传输和接收方向，并且可以在生成图像时使用该信息。

如上所解释的，在准静态模式中，标记为“激活”的像素可以被同时激活，而在同步扫描模式中，标记为“激活”的像素可以在光以与相应列相对应的角度反射到DMD 15时一个接一个地被激活。在每种模式下，接收光的对应列的每个组中只有一个像素被激活，而组中的其他像素被去激活。因此，列没有被完全激活，而仅是列中的一部分像素在同一时刻被激活。

图6是根据一个或多个实施例的处于一个或多个操作模式的LIDAR扫描***100的示意图。与图1A类似，LIDAR扫描***100包括：发射器8，包括照射单元10、发射器光学器件11和1D MEMS镜12；以及接收器9，包括主光学器件14、DMD 15、次光学器件16和1D光电检测器阵列17。这里，在简单的1D扫描LIDAR模式下配置LIDAR扫描***100，其中，DMD 15的所有DMD像素在扫描期间被激活。反射的有用光1b和反射的环境光3b两者在接收器处被接收，并且最终在1D光电检测器阵列17处被接收。

图7是根据一个或多个实施例的处于一个或多个操作模式的LIDAR扫描***100的示意图。与图1A类似，LIDAR扫描***100包括：发射器8，包括照射单元10、发射器光学器件11和1D MEMS镜12；以及接收器9，包括主光学器件14、DMD 15、次光学器件16和1D光电检测器阵列17。这里，LIDAR扫描***100可以在相机模式下进行配置，在相机模式期间，照射源10和MEMS镜12被去激活。在相机模式下，处理和控制单元18通过在个体基础上顺序地扫描DMD 15的列，使用环境光来执行视场的扫描。

在许多情况下，相机模式可以在没有对激光器去激活的情况下使用(即，没有对照射源10去激活)。因为环境光(其实际上构建相机模式图像)可以独立于从照射源10发射并从目标对象反射的脉冲光而被录入。通过模拟读出电路17b将DC光电流(承载环境光信息)和AC光电流(承载TOF信息)的路径分开，使得独立地录入两种类型的图像数据(即，环境光信息和TOF信息)是可能的。

由于照射源10被去激活，因此通过接收器9仅接收周围环境的光。例如，视场中的对象反射的阳光可以被接收作为周围环境的光(即，环境光)。周围环境的光承载环境的图像数据。DMD 15的镜列可以同步途径一个接一个地被顺序激活，而其余镜列被去激活，使得镜列的DMD扫描被执行。如此，可以分别记录来自每个接收方向的环境图像数据。结果，表示“环境光图像”的2D图像可以通过光电检测器阵列17来检测，并且通过处理和控制单元18(未示出)来记录。在照射源10被激活用于扫描时，该环境光图像可以建立用于生成3D图像的视场基线图像。

每个光电二极管可以响应于接收到的光(包括环境光和有用光的混合)生成具有直流(DC)分量和交流(AC)分量的电流。由光电二极管生成的DC光电流分量承载环境光的信息，并且由光电二极管生成的AC光电流分量承载有用光(即，光脉冲)的飞行时间(TOF)信息。处理和控制单元18可以处理一种或两种光电流分量以生成2D或3D图像数据。例如，处理和控制单元18可以在处理TOF信息时忽略DC光电流分量，可以在处理环境光信息时忽略AC光电流分量，或者可以连同处理TOF数据一起来处理环境光数据。

因此，环境光信息和TOF信息可以同时或者在单独操作中独立地被记录。如果在单独的操作中记录环境光信息，则无需对照射源10去激活，因为如上所述，模拟读出电路17b能够基于AC和DC光电流分量将环境光信息与TOF信息分离，反之亦然，使得处理和控制单元18可以独立地或一起处理这两种类型的图像数据以生成2D或3D图像。

相机模式也可以被实施用于2D扫描镜或者发射光点以扫描视场的其他扫描器。

此外或可替代地，LIDAR扫描***100可以在LIDAR校准模式中进行配置，在LIDAR校准模式期间，照射源10和MEMS镜12被去激活。与相机模式类似，可以执行镜列的DMD扫描，并且基于DMD扫描根据接收到的环境光生成2D图像。根据2D图像，可以校准DMD和主光学器件14，使得接收光的接收角度与DMD 15的镜列配对。这里，处理和控制单元18确定哪个镜列与每个接收角度最对应，哪个镜列进一步对应于由MEMS镜12建立的传输角度。因此，DMD阵列的每个列在景观中代表特定角度。基于这种确定，处理和控制单元18可以生成映射，该映射将每个DMD像素映射到MEMS镜位置。

基于这种校准，处理和控制单元18被配置为使镜列的激活与由照射单元10生成的光脉冲的传输/接收角度同步(即，基于与MEMS镜12的倾斜角度的同步)。

作为***来耦合的接收器光学器件(即，主光学器件14)和DMD阵列15在景观中表示特定角度，并且可以用于校准MEMS镜12和校准由照射单元10执行的激光射击(lasershooting)。在校准期间，处理和控制单元18可以初始化照射单元10，以在特定MEMS镜相位(即，扫描轴线13上的特定角度位置)处以脉冲发射频率射出激光脉冲。

虽然MEMS镜12在设置相位处是固定的，但处理和控制单元18可以在顺序扫描中激活不同的DMD列，直到被激活的DMD列产生最大光电二极管信号(在一些实施例中被称为APD信号)。最大光电二极管信号可以是预定量或设置阈值量，其将针对进行的选择而被达到或超过。可替代地，通过每个顺序激活的列而产生的每个光电二极管信号的值可以相互进行比较，并且可以选择与所有记录值中的最高值相对应的DMD列作为最佳DMD列。

一旦检测和选择最佳DMD列，处理和控制单元18将该精确的MEMS镜相位与特定DMD列进行映射，使得二者耦合在一起。然后，将MEMS镜12的相位偏移到下一角度，并且处理重复将每个MEMS镜相位映射到DMD列。该处理也可以基于DMD的逐像素来类似地使用，而不是基于列。

图8是根据一个或多个实施例的处于一个或多个操作模式的LIDAR扫描***100的示意图。与图1A类似，LIDAR扫描***100包括：发射器8，包括照射单元10、发射器光学器件11和1D MEMS镜12；以及接收器9，包括主光学器件14、DMD 15、次光学器件16和1D光电检测器阵列17。这里，LIDAR扫描***100在光电检测器增益校准模式(例如，APD增益校准模式)下进行配置，在光电检测器增益校准模式期间，所有DMD像素在阻挡状态下断开。换言之，所有DMD像素在一个方向上倾斜，以积极地引导所有光远离光电检测器阵列17或者将所有接收到的光转出。因此，接收器9的主光学元件14处所有的入射光都被阻挡在光电检测器阵列17外以形成黑暗状态，类似于相机上的快门被关闭。

此外，LIDAR扫描***100还可以包括校准光源80，校准光源80与照射源10分离，被设置为旁路DMD 15并将校准光81传输到光电检测器阵列17。已知校准光源80的光强度，使得可以根据由光检测器阵列17响应于接收到的校准光而生成的直流(DC)以及基于其已知光强度来确定和设置光检测器阵列17的高电压。光电检测器阵列17的高电压建立光电检测器阵列17的响应度或灵敏度。

图9是根据一个或多个实施例的处于一个或多个操作模式的LIDAR扫描***100的示意图。与图1A类似，LIDAR扫描***100包括：发射器8，包括照射单元10、发射器光学器件11和1D MEMS镜12；以及接收器9，包括主光学器件14、DMD 15、次光学器件16和1D光电检测器阵列17。这里，LIDAR扫描***100在热点检测模式下进行配置，在热点检测模式期间，环境光中的热点90被检测并被阻挡。例如，太阳可以处于视场中并且被表现为热点90。

处理和控制单元18可以被配置为检测光检测器阵列17上接收高强度的环境光的区域，即使当对应的DMD像素、DMD像素组或DMD列被去激活(即，平坦)时也是如此。例如，可以测量由一个或多个光电二极管生成的电流的DC分量，表示被测量的环境光。因此，处理和控制单元18可以评估在光电检测器阵列17处接收到的环境光水平，并确定何时何地存在热点。处理和控制单元18可以基于接收环境光的光电二极管来确定哪个DMD像素或哪些DMD像素正在从热点接收环境光。

例如，在第一步骤中，可以扫描所有DMD列(例如，顺序激活)，并且可以检测“热”的一个或多个列，从“热”的一个或多个列中检测到来自热点的光。一旦检测到一个或多个热列，处理和控制单元18可以扫描热列中的每个列中的像素，并且检测多个“热”像素，从多个“热”像素中检测到来自热点的光。然后，将检测到的热像素设置为阻挡状态。

由于AC和DC光电流分量相互去耦并且可以单独测量，因此与AC光电流分量相对应的这种热点检测可以与TOF扫描操作(在TOF扫描操作期间生成TOF信息)一起执行并且在其自身的独立操作中执行。

一旦确定一个或多个DMD像素，处理和控制单元18可以将一个或多个DMD像素设置为阻挡状态，以阻挡环境光传输到光电检测器阵列17。换言之，一个或多个DMD像素在一个方向上倾斜，以积极地引导环境光远离光电检测器阵列17，并且可以有效地消除热点。在扫描操作期间，“热点”DMD像素可以永久地设置为阻挡状态，直到处理和控制单元18确定热点不再存在。

以下提供了附加示例实施例。

实施例：

1.一种光检测和测距(LIDAR)***，包括：

接收器，包括：

光电检测器阵列，被配置为检测光并基于检测到的光生成电信号；以及

空间光调制器，具有调制器元件的阵列，该阵列包括多个列和多个行，调制器元件中的每个调制器元件被配置为可切换地引导光朝向和远离光电检测器阵列，其中空间光调制器被配置为接收来自视场中的对象的、与从该对象反射的环境光相对应的光；

控制器，被配置为顺序地激活空间光调制器的分段，使得被激活分段中的被激活的调制器元件引导光朝向光电检测器阵列；以及

至少一个处理器，被配置为接收来自光电检测器阵列的电信号并生成表示视场的环境光图像的二维图像。

2.根据实施例1的LIDAR***，进一步包括：

激光照射装置，被配置为发射脉冲光，

其中控制器被配置为控制激光照射装置，以在第一扫描操作模式期间将脉冲光发射至视场中的对象，并且控制器被配置为在第二操作模式期间控制激光照射装置，使得脉冲光未被发射至视场中的对象，

其中控制器被配置为在第二操作模式期间顺序地激活空间光调制器的分段，并且

其中至少一个处理器被配置为在第二操作模式期间接收来自光电检测器阵列的电信号，并且生成表示视场的环境光图像的二维图像。

3.根据实施例2的LIDAR***，其中至少一个处理器被配置为在第一扫描操作模式期间接收来自光电检测器阵列的电信号，并且生成视场的三维图像，其中至少一个处理器进一步被配置为将二维图像的像素信息与三维图像的像素信息相匹配。

4.根据实施例1的LIDAR***，其中光电检测器阵列是雪崩光电二极管阵列。

5.根据实施例1的LIDAR***，其中控制器被配置为在个体基础上顺序地激活空间光调制器的多个列作为被激活部分，使得多个列中的剩余列被去激活。

6.根据实施例1的LIDAR***，其中：

控制器被配置为从空间光调制器的第一列到空间光调制器的第二列、在个体基础上顺序地激活空间光调制器的多个列作为被激活部分。

7.根据实施例1的LIDAR***，其中：

多个列中的每个列与来自视场的不同接收方向相对应，并且

至少一个处理器被配置为基于多个列的扫描来单独地记录来自每个不同接收方向的环境图像数据，并且基于来自每个不同接收方向的所记录的环境图像数据来生成二维图像。

8.根据实施例1的LIDAR***，其中：

至少一个处理器被配置为：通过基于从电信号导出的像素值来确定针对多个列中的每个列的光的接收角度以及通过将每个列映射到特定的接收角度，来校准空间光调制器。

9.一种由光检测和测距(LIDAR)***实施的扫描视场的方法，该方法包括：

在空间光调制器上接收来自视场的光束，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的调制器元件的二维阵列，其中每个接收到的光束沿着多个列中的一列延伸；

确定多个列中的空间分离列的第一集合，多个列中的该空间分离列的第一集合对应于与第一扫描过程相对应的接收光束的第一集合的接收方向；以及

在第一扫描过程期间，至少部分地激活空间分离列的第一集合中的每个列，使得接收光束的第一集合中的每一接收光束被引导朝向光电检测器阵列，同时在第一扫描过程期间对多个列中的剩余列去激活，使得光未在光电检测器阵列处被接收。

10.根据实施例9的方法，进一步包括：

偏移空间光调制器的被激活列的图案，包括：

确定多个列的空间分离列的第二集合，多个列的该空间分离列的第二集合对应于与第二扫描过程相对应的接收光束的第二集合的接收方向；

在第二扫描过程期间，至少部分地激活空间分离列的第二集合中的每个列，使得接收光束的第二集合中的每一接收光束被引导朝向光电检测器阵列，同时在第二扫描过程期间对多个列中的剩余列去激活，使得光未在光电检测器阵列处被接收，其中空间分离列的第一集合不同于空间分离列的第二集合。

11.根据实施例10的方法，其中空间分离列的第一集合和空间分离列的第二集合偏移固定数目的列。

12.根据实施例10的方法，其中空间分离列的第一集合的每个列在第一扫描过程期间通过第一数目的被去激活列而被分离，并且其中空间分离列的第二集合的每个列在第二扫描过程期间通过第二数目的被去激活列而被分离。

13.根据实施例12所述的方法，其中被去激活列的第一数目和第二数目相等。

14.根据实施例10的方法，其中空间分离列的第二集合中的每个列相对于空间分离列的第一集合中的一列是相邻列。

15.根据实施例9的方法，其中激活空间分离列的第一集合包括：

针对第一扫描过程，同时激活空间分离列的第一集合。

16.根据实施例9的方法，其中激活空间分离列的第一集合包括：

在第一扫描过程期间顺序地激活空间分离列的第一集合，使得激活空间分离列的第一集合中的每个列与接收光束的第一集合中的对应的一个接收光束的接收时间同步。

17.根据实施例9的方法，其中多个列中的每个列中的调制器元件被布置成组，其中一组的调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向光电检测器阵列的相同像素，并且同一列中的不同组的调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向光电检测器阵列的不同像素。

18.根据实施例17的方法，进一步包括：

针对第一扫描过程的不同扫描周期，交错地激活空间分离列的第一集合的每个组中的调制器元件。

19.根据实施例17的方法，其中第一扫描过程包括视场的第一扫描和视场的第二扫描，该方法还包括：

执行第一扫描，在第一扫描期间，空间分离列的第一集合的每个组中的第一反射元件被激活，并且空间分离列的第一集合的每个组中的第二反射元件被去激活；并且

执行第二扫描，在第二扫描期间，空间分离列的第一集合的每个组中的第二反射元件被激活，并且空间分离列的第一集合的每个组中的第一反射元件被去激活。

20.根据实施例9的方法，进一步包括：

将光束从围绕单个扫描轴线振荡的传输镜发射到视场中，使得光束作为竖直扫描线投射到视场中，竖直扫描线随着传输镜围绕单个扫描轴线振荡而横跨视场进行水平移动。

21.一种由光检测和测距(LIDAR)***实施的扫描视场的方法，该方法包括：

在空间光调制器上接收来自视场的光束，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的调制器元件的二维阵列，其中每个光束沿着多个列中的一列延伸，并且沿着不同列接收到的不同光束与不同光束的不同接收方向相对应；

其中，多个列的每个列中的调制器元件被布置成组，使得一组的调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向光电检测器阵列的相同像素，并且相同列中的不同组的调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向光电检测器阵列的不同像素；

针对不同的扫描周期，交错激活每个组中的调制器元件。

22.根据实施例21的方法，进一步包括：

选择多个列中与不同光束的接收方向相对应的列集合；以及

针对不同的扫描周期，交错激活所选择的列集合的每个组中的调制器元件，同时在不同扫描周期期间对未被空间光调制器的所选择的列集合包括的列中的剩余反射元件去激活。

23.根据实施例21的方法，进一步包括：

将光束从围绕单个扫描轴线振荡的传输镜发射到视场中，使得光束作为竖直扫描线投射到视场中，所述竖直扫描线随着传输镜围绕单个扫描轴线的振荡而横跨视场进行水平移动，

其中在第一扫描期间多个列的第一列中的每个组的相应第一调制器元件被激活，，同时光束从第一水平位置被接收，其中第一水平位置与第一列相对应，

其中第一列的每个组中的其他调制器元件在第一扫描期间被去激活，

其中在第二扫描期间，第一列的第一组中的相应第二调制器元件被激活，同时光束从第一水平位置被接收，并且

其中在第二扫描期间，第一列的每个组中的其他调制器元件被去激活。

24.一种光学扫描设备，被配置为实施根据实施例9-23中任一实施例的方法。

25.一种光学扫描设备，包括：

激光光源，被配置为以规则的间隔生成激光脉冲；

光学装置，被配置为基于激光脉冲生成激光束，该激光束具有在与激光束的传输方向垂直的方向上延伸的长方形；

一维扫描镜，被配置为围绕单个扫描轴线振荡，并且将不同方向的激光束引导到视场中；

光电检测器阵列，被配置为检测光并基于检测到的光生成电信号；以及

空间光调制器，具有反射元件的阵列，该阵列包括多个列，多个列中的每个列包括被配置为可切换地引导光朝向光电检测器阵列的多个反射元件，其中空间光调制器被配置为接收与所发射的激光束相对应的、从视场中的对象反射的光。

26.根据实施例25的光学扫描设备，其中光电检测器阵列是一维APD阵列。

27.根据实施例25和23中任一实施例的光学扫描设备，其中空间光调制器是DMD。

28.根据实施例25-27中任一实施例的光学扫描器设备，其中空间光调制器被配置为沿着相应的列接收从对象反射的光，其中在不同列处接收的光与一维扫描镜在激光束的反射处的不同角度位置相对应。

29.根据实施例25-28中任一实施例的光学扫描设备，进一步包括控制器，控制器被配置为根据一个或多个操作模式控制激光源、一维扫描镜和空间光调制器，一个或多个操作模式包括同步扫描模式、准静态、全列激活模式、交错像素激活模式、相机模式、LIDAR校准模式、光电检测器增益校准模式和热点检测模式。

30.根据实施例25-29中任一实施例的光学扫描设备，其中控制器被配置为在操作模式中的任一操作模式之间动态地切换，该操作模式包括同步扫描模式、准静态扫描模式、全列激活模式、交错像素激活模式、相机模式、LIDAR校准模式、光电检测器增益校准模式和热点检测模式。

31.根据实施例25-30中任一实施例的光学扫描设备，进一步包括至少一个处理器，至少一个处理器电耦合至光电检测器阵列并且被配置为接收电信号、从其中导出和/或记录图像数据以及根据所记录的图像数据生成2D图像或3D图像。

32.根据实施例31的光学扫描设备，其中至少一个处理器包括处理电路，该处理电路被配置为基于接收到的电信号执行飞行时间计算。

33.根据实施例25-32的光学扫描设备，被配置为实施根据实施例9-23中的任一个实施例的方法。

34.一种LIDAR设备，包括：

LIDAR发射器，被配置为根据传输间隔用多个激光束扫描视场，LIDAR发射器包括一维扫描镜，一维扫描镜被配置为围绕单个扫描轴线振荡，使得多个激光束作为竖直扫描线投射到视场中，该竖直扫描线随着传输镜围绕单个扫描轴线振荡而横跨视场进行水平移动；以及

LIDAR接收器，包括空间光调制器，该空间光调制器被配置为接收与发射到视场中的多个激光束相对应的、来自视场中的对象的反射激光束，并且被配置为针对每个接收到的反射激光束而激活不同的像素列，使得被激活的像素列与沿着被激活的像素列的长度入射的反射激光束中的对应一个反射激光束的接收方向相对应。

35.根据实施例34的LIDAR设备，进一步包括控制器，该控制器被配置为使多个像素列的激活与一维扫描镜的移动和多个激光束的传输间隔同步。

36.根据实施例35的LIDAR设备，其中控制器基于同步扫描模式和/或准静态扫描模式来激活多个像素列。

37.根据实施例36的LIDAR设备，其中控制器基于全列激活模式和/或交错像素激活模式来激活多个像素列中的像素元件。

38.根据实施例34-37中任一实施例的LIDAR设备，进一步包括控制器，该控制器被配置为根据与一维扫描镜的期望的多个传输角度对准的开始时间在LIDAR发射器处启动激光束序列。

39.根据实施例33-38中任一实施例的LIDAR设备，其中反射激光束中的每个反射激光束的接收方向与一维扫描镜的传输角度中的一个传输角度相对应。

40.一种校准LIDAR***中的光电检测器阵列的增益的方法，该方法包括：

将空间光调制器的所有像素配置为阻挡状态，使得通过LIDAR接收器的主光学器件接收的所有光被偏转远离光电检测器阵列；

将来自校准光源的校准光朝向光电检测器阵列发射；

通过处理单元接收由光电检测器阵列响应于校准光而生成的电信号；

基于电信号和校准光的强度，通过处理单元来确定校准信息；以及

基于校准信息，设置用于光电检测器阵列的至少一个校准参数。

41.根据实施例40的方法，其***号包括直流(DC)分量，并且其中校准信息包括光电检测器阵列的高压值。

42.根据实施例40或41的方法，其中校准是在LIDAR***的现场操作期间的动态校准。

43.一种检测LIDAR***中的环境光的热点的方法，该方法包括：

在光电检测器阵列处检测环境光，其中环境光源于LIDAR***的视场中的热点；

通过处理单元来确定空间光调制器的至少一个像素元件，空间光调制器接收环境光，环境光从该空间光调制器在光电检测器阵列处被接收；以及

通过控制单元将至少一个像素元件设置为阻挡状态，使得环境光被偏转远离光电检测器阵列。

44.一种操作LIDAR***的方法，包括：

通过将来自激光器的光发射到视场来扫描视场；

在空间光调制器上接收来自视场的反射光，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的反射元件的二维阵列；

在第一操作模式下操作空间光调制器，以及

切换空间光调制器的操作，使得空间光调制器在不同于第一操作模式的第二操作模式下操作，其中在第一操作模式下的相应扫描期间同时被去激活的空间光调制器的反射元件的数目不同于在第二操作模式下的相应扫描期间同时被去激活的反射元件的数目。

45.一种动态地切换LIDAR***的操作模式的方法，该方法包括：

通过将来自激光器的光发射到视场来扫描视场；

在空间光调制器上接收来自视场的反射光，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的反射元件的二维阵列；

在第一操作模式下操作空间光调制器，以及

动态地切换空间光调制器的操作，使得空间光调制器在不同于第一操作模式的第二操作模式下操作，其中在第一操作模式中使用的空间光调制器的反射元件的激活方案不同于在第二操作模式中使用的激活方案。

46.一种LIDAR设备，包括：

扫描器，通过将来自激光器的光发射到视场来扫描视场；

空间光调制器，接收来自视场的反射光，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的反射元件的二维阵列；

其中，LIDAR设备被配置为在第一操作模式和不同于第一操作模式的第二操作模式下操作空间光调制器，其中在第一操作模式下的相应扫描期间同时被去激活的空间光调制器的反射元件的数目不同于在第二种操作模式下的相应扫描期间同时被去激活的反射元件的数目。

47.一种LIDAR设备，包括：

扫描器，通过将来自激光器的光发射到视场来扫描视场；

空间光调制器，接收来自视场的反射光，空间光调制器包括以多个行和多个列布置的反射元件的二维阵列；

其中空间光调制器被配置为在第一操作模式下操作空间光调制器，以及在与第一操作模式不同的第二操作模式下操作，其中空间光调制器进一步配置为将空间光调制器的操作从第一操作模式动态地切换到第二操作模式，其中在第一操作模式中使用的空间光调制器的反射元件的激活方案不同于在第二操作模式中使用的激活方案。

尽管本文描述的实施例涉及具有镜的MEMS设备，但应理解，其他实施方式可以包括除MEMS镜设备以外的光学设备。此外，尽管在装置的上下文中描述了一些方面，但明显地，这些方面还表示对应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应块、项或对应装置的特征的描述。一些或所有方法步骤可以通过(或使用)硬件装置来执行，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，可以通过这种装置来执行方法步骤中的某一个或多个方法步骤。

根据特定实施要求，本文提供的实施例可以在硬件或软件中实施。可以使用数字存储介质(例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存存储器)执行该实施方式，数字存储介质具有存储在其上的电子可读控制信号，其与可编程计算机***协作(或者能够协作)，使得对应方法被执行。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

指令可由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，本文使用的术语“处理器”是指任何上述结构或适合于实施本文所述技术的任何其他结构。此外，在一些方面中，本文描述的功能可以设置在专用硬件和/或软件模块中。此外，这些技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。

上面描述的示例性实施例仅仅是说明性的。应当理解，本领域技术人员将清楚对本文所述的布置和细节的修改和变化。因此，仅通过所附权利要求的范围来限制，而不通过本文的实施例的描述和解释所呈现的具体细节来限制。

Claims (23)

1.一种光检测和测距(LIDAR)***，包括：

接收器，所述接收器包括：

光电检测器阵列，被配置为检测光并基于检测到的光生成电信号；以及

空间光调制器，具有调制器元件的阵列，所述调制器元件的阵列包括多个列和多个行，所述调制器元件中的每个调制器元件被配置为可切换地引导光朝向和远离所述光电检测器阵列，其中所述空间光调制器被配置为接收来自视场中的对象的、与从所述对象反射的环境光相对应的光；

其中所述多个列中的每列中的调制器元件被布置成两个或更多调制器元件的组，使得一组的调制器元件被配置为在被激活时引导光朝向光电检测器阵列的相同像素，并且相同列中的不同组的调制器元件被配置为在被激活时引导光朝向所述光电检测器阵列的不同像素，或者

其中所述多个行中的每行中的调制器元件被布置成两个或更多调制器元件的组，使得一组的调制器元件被配置为在被激活时引导光朝向所述光电检测器阵列的相同像素，并且相同行中的不同组的调制器元件被配置为在被激活时引导光朝向所述光电检测器阵列的不同像素；以及

控制器，被配置为通过激活所述空间光调制器的不同分段来控制每个组中的调制器元件的激活，使得被激活分段中的被激活的调制器元件引导所述光朝向所述光电检测器阵列；以及

至少一个处理器，被配置为接收来自所述光电检测器阵列的所述电信号，并且生成表示所述视场的环境光图像的二维图像。

2.根据权利要求1所述的LIDAR***，还包括：

激光照射装置，被配置为发射脉冲光，

其中所述控制器被配置为控制所述激光照射装置，以在第一扫描操作模式期间将所述脉冲光发射至所述视场中的所述对象，并且所述控制器被配置为在第二操作模式期间控制所述激光照射装置，使得所述脉冲光未被发射至所述视场中的所述对象，

其中所述控制器被配置为在所述第二操作模式期间顺序地激活所述空间光调制器的所述分段，并且

其中所述至少一个处理器被配置为在所述第二操作模式期间接收来自所述光电检测器阵列的所述电信号，并且生成表示所述视场的所述环境光图像的所述二维图像。

3.根据权利要求2所述的LIDAR***，其中所述至少一个处理器被配置为在所述第一扫描操作模式期间接收来自所述光电检测器阵列的所述电信号，并且生成所述视场的三维图像，其中所述至少一个处理器进一步被配置为将所述二维图像的像素信息与所述三维图像的像素信息相匹配以补偿所述三维图像。

4.根据权利要求1所述的LIDAR***，其中所述光电检测器阵列是雪崩光电二极管阵列。

5.根据权利要求1所述的LIDAR***，其中所述控制器被配置为在个体基础上顺序地激活所述空间光调制器的所述多个列作为被激活部分，使得所述多个列中的剩余列被去激活。

6.根据权利要求1所述的LIDAR***，其中：

所述控制器被配置为从所述空间光调制器的第一列到所述空间光调制器的第二列、在个体基础上顺序地激活所述空间光调制器的所述多个列作为被激活部分。

7.根据权利要求1所述的LIDAR***，其中：

所述多个列中的每个列与来自所述视场的不同接收方向相对应，并且

所述至少一个处理器被配置为基于所述多个列的扫描来单独地记录来自每个不同接收方向的环境图像数据，并且基于来自每个不同接收方向的所记录的环境图像数据来生成所述二维图像。

8.根据权利要求1所述的LIDAR***，其中：

所述至少一个处理器被配置为：通过基于从所述电信号导出的像素值来确定针对所述多个列中的每个列的光的接收角度以及通过将每个列映射到特定接收角度，来校准所述空间光调制器。

9.一种由光检测和测距(LIDAR)***实施的扫描视场的方法，所述方法包括：

在空间光调制器上接收来自所述视场的光束，所述空间光调制器包括以多个行和多个列布置的调制器元件的二维阵列，其中每个接收到的光束沿着所述多个列中的一个列延伸；

确定所述多个列中的空间分离列的第一集合，所述多个列中的所述空间分离列的第一集合对应于与第一扫描过程相对应的接收光束的第一集合的接收方向；以及

在所述第一扫描过程期间，至少部分地激活所述空间分离列的第一集合中的每个列，使得所述接收光束的第一集合中的每一接收光束被引导朝向光电检测器阵列，同时在所述第一扫描过程期间对所述多个列中的剩余列去激活，使得光未在所述光电检测器阵列处被接收。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

偏移所述空间光调制器的被激活列的图案，包括：

确定所述多个列的空间分离列的第二集合，所述多个列的所述空间分离列的第二集合对应于与第二扫描过程相对应的接收光束的第二集合的接收方向；

在所述第二扫描过程期间，至少部分地激活所述空间分离列的第二集合中的每个列，使得所述接收光束的第二集合中的每一接收光束被引导朝向所述光电检测器阵列，同时在所述第二扫描过程期间对所述多个列中的剩余列去激活，使得光未在所述光电检测器阵列处被接收，其中所述空间分离列的第一集合不同于所述空间分离列的第二集合。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述空间分离列的第一集合与所述空间分离列的第二集合偏移固定数目的列。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述空间分离列的第一集合的每个列在所述第一扫描过程期间通过第一数目的被去激活列而被分离，并且其中所述空间分离列的第二集合的每个列在所述第二扫描过程期间通过第二数目的被去激活列而被分离。

13.根据权利要求12所述的方法，其中被去激活列的所述第一数目和所述第二数目相等。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述空间分离列的第二集合中的每个列相对于所述空间分离列的第一集合中的一个列是相邻列。

15.根据权利要求9所述的方法，其中激活所述空间分离列的第一集合包括：

针对所述第一扫描过程，同时激活所述空间分离列的第一集合。

16.根据权利要求9所述的方法，其中激活所述空间分离列的第一集合包括：

在所述第一扫描过程期间顺序地激活所述空间分离列的第一集合，使得激活所述空间分离列的第一集合中的每个列与所述接收光束的第一集合中的对应的一个接收光束的接收时间同步。

17.根据权利要求9所述的方法，其中所述多个列中的每个列中的所述调制器元件被布置成组，其中一组的调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向所述光电检测器阵列的相同像素，并且相同列中的不同组的所述调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向所述光电检测器阵列的不同像素。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

针对所述第一扫描过程的不同扫描周期，交错地激活所述空间分离列的第一集合的每个组中的所述调制器元件。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一扫描过程包括所述视场的第一扫描和所述视场的第二扫描，所述方法还包括：

执行所述第一扫描，在所述第一扫描期间，所述空间分离列的第一集合的每个组中的第一反射元件被激活，并且所述空间分离列的第一集合的每个组中的第二反射元件被去激活；并且

执行所述第二扫描，在所述第二扫描期间，所述空间分离列的第一集合的每个组中的所述第二反射元件被激活，并且所述空间分离列的第一集合的每个组中的所述第一反射元件被去激活。

20.根据权利要求9所述的方法，还包括：

将所述光束从围绕单个扫描轴线振荡的传输镜发射到所述视场中，使得所述光束作为竖直扫描线投射到所述视场中，所述竖直扫描线随着所述传输镜围绕所述单个扫描轴线振荡而横跨所述视场进行水平移动。

21.一种由光检测和测距(LIDAR)***实施的扫描视场的方法，所述方法包括：

在空间光调制器上接收来自所述视场的光束，所述空间光调制器包括以多个行和多个列布置的调制器元件的二维阵列，其中每个光束沿着所述多个列中的一个列延伸，并且沿着不同列接收到的不同光束与所述不同光束的不同接收方向相对应；

其中所述多个列的每个列中的所述调制器元件被布置成组，使得一组的所述调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向光电检测器阵列的相同像素，并且相同列中的不同组的所述调制器元件被配置为当被激活时引导光朝向所述光电检测器阵列的不同像素；

针对不同的扫描周期，交错激活每个组中的所述调制器元件。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：

选择所述多个列中与所述不同光束的接收方向相对应的列集合；以及

针对不同扫描周期，交错激活所选择的列集合的每个组中的所述调制器元件，同时在所述不同扫描周期期间对未被所述空间光调制器的所选择的列集合包括的列中的剩余反射元件去激活。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括：

将所述光束从围绕单个扫描轴线振荡的传输镜发射到所述视场中，使得所述光束作为竖直扫描线投射到所述视场中，所述竖直扫描线随着所述传输镜围绕所述单个扫描轴线振荡而横跨所述视场进行水平移动，

其中在第一扫描期间所述多个列的第一列中的每个组的相应第一调制器元件被激活，同时光束从第一水平位置被接收，其中所述第一水平位置与所述第一列相对应，

其中所述第一列的每个组中的其他调制器元件在所述第一扫描期间被去激活，

其中在第二扫描期间，所述第一列的每个组中的相应第二调制器元件被激活，同时光束从所述第一水平位置被接收，并且

其中在所述第二扫描期间，所述第一列的每个组中的其他调制器元件被去激活。