RU2772379C2

RU2772379C2 - Systems and methods for suppressing flashing of an avalanche photodiode (apd)

Info

Publication number: RU2772379C2
Application number: RU2020130045A
Authority: RU
Inventors: Киран Кумар ГАННАМ; Нитинкумар Сагарбхай БАРОТ; Раджеш РАМАЛИНГАМ ВАРАДХАРАДЖАН; Роджер Джуллиан ПИНТО; Канке ГАО
Original assignee: ВЕЛОДАЙН ЛИДАР ЮЭсЭЙ, ИНК.
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2022-05-19

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: described herein are systems and methods for suppressing the flashing of an avalanche photodiode (APD) and improving the accuracy of recording a multiple-return light signal. A flashing spot may occur due to saturation of the primary APD. Systems and methods include the introduction of a backup APD and use of time diversity and spatial diversity. Recording by means of the APD is activated by a displacement (voltage) signal. The backup APD receives a time-delayed displacement signal in comparison with the primary APD. Additionally, the backup APD is located outside of the main focal plane in order to attenuate the output signal of the backup APD. Due to the attenuation, the backup APD may not be saturated and may have effective recording in the conditions of the flashing spot of the primary APD. Variants of implementation may include multiple primary APDs and multiple secondary APDs.

EFFECT: suppression of flashing of an APD.

23 cl, 9 dwg

Description

Перекрестная ссылка на связанные патентные заявкиCross-reference to related patent applications

[0001] Эта патентная заявка заявляет приоритет совместной заявки на патент США номер 15/898132 (номер в реестре 20151-2161), поданной 15 февраля 2018 г., озаглавленной "СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ПОДАВЛЕНИЯ ЗАСВЕТКИ ЛАВИННОГО ФОТОДИОДА (ЛФД)", в которой в качестве авторов изобретения перечислены Kiran Kumar Gunnam, Nitinkumar Sagarbhai Barot, Rajesh Ramalingam Varadharajan, Rojer Jullian Pinto, Kanke Gao, причем этот патентный документ включен сюда во всей своей полноте и для всех целей посредством ссылки.[0001] This patent application claims the priority of U.S. joint patent application number 15/898132 (registry number 20151-2161), filed February 15, 2018, entitled "AVALANCHE PHOTODIODE (APD) ILLUMINATION SYSTEMS AND METHODS", in which Kiran Kumar Gunnam, Nitinkumar Sagarbhai Barot, Rajesh Ramalingam Varadharajan, Rojer Jullian Pinto, Kanke Gao are listed as inventors, and this patent document is incorporated herein in its entirety and for all purposes by reference.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

A. A. Область техникиTechnical field

[0002] Настоящее раскрытие в целом относится к системам и способам для лавинного фотодиода (ЛФД), и, более конкретно, для ЛФД, используемых в приложениях для регистрации света, таких как система обнаружения и определения дальности с помощью света (лазерная система обнаружения и измерения дальности, LIDAR).[0002] The present disclosure relates generally to systems and methods for an avalanche photodiode (APD), and more specifically, to APDs used in light detection applications such as a light detection and ranging system (laser detection and measurement system). range, LIDAR).

B. b. Предпосылки изобретенияBackground of the invention

[0003] В системе обнаружения и определения дальности с помощью света, такой как система LIDAR, множественные максимумы в возвратном сигнале могут быть приняты как близко отстоящие по времени друг от друга. Поскольку фотодиоды систем LIDAR могут насыщаться и демонстрировать явление лавинного восстановления обратного смещения, при регистрации с помощью ЛФД может возникать пятно засветки. Пятно засветки может ограничивать способность системы LIDAR регистрировать максимумы в множественно-возвратном световом сигнале. В этой ситуации ЛФД может быть нечувствительным к свету и быть не способным регистрировать максимум в множественно-возвратном световом сигнале до тех пор, пока ЛФД не восстановится от насыщения.[0003] In a light detection and ranging system, such as a LIDAR system, multiple peaks in the return signal can be taken as being close in time to each other. Since the photodiodes of LIDAR systems can saturate and exhibit reverse bias recovery avalanche, a light spot can occur during APD detection. The spotlight can limit the ability of the LIDAR system to register maxima in the multiple-return light signal. In this situation, the APD may be insensitive to light and may not be able to detect a maximum in the multi-return light signal until the APD recovers from saturation.

[0004] Соответственно, имеется необходимость в системах и способах, которые подавляют засветку ЛФД и обеспечивают возможность точной регистрации множественно-возвратных световых сигналов.[0004] Accordingly, there is a need for systems and methods that suppress APD flare and enable accurate registration of multiple-return light signals.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0005] Ниже будут выполнены ссылки на варианты осуществления изобретения, примеры которых могут быть показаны на сопроводительных фигурах. Эти фигуры предназначены быть иллюстрирующими, но не ограничивающими. Хотя изобретение в целом описывается в контексте этих вариантов осуществления, следует понимать, что не предполагается ограничивать объем изобретения этими конкретными вариантами осуществления. Элементы на фигурах приведены не в масштабе.[0005] Reference will be made below to embodiments of the invention, examples of which may be shown in the accompanying figures. These figures are intended to be illustrative, but not limiting. Although the invention is generally described in the context of these embodiments, it should be understood that the scope of the invention is not intended to be limited to these specific embodiments. The elements in the figures are not to scale.

[0006] Фиг.1 отображает работу системы обнаружения и определения дальности с помощью света в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0006] FIG. 1 depicts the operation of a light detection and ranging system in accordance with the embodiments herein.

[0007] Фиг.2 иллюстрирует работу системы обнаружения и определения дальности с помощью света и множественно-возвратные световые сигналы в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0007] FIG. 2 illustrates the operation of a light detection and ranging system and multiple-return light signals in accordance with embodiments herein.

[0008] Фиг.3 отображает систему LIDAR с поворотным зеркалом в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0008] FIG. 3 depicts a tilting mirror LIDAR system in accordance with the embodiments herein.

[0009] Фиг.4A графически иллюстрирует вольтамперные характеристики фотодиода в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0009] FIG. 4A graphically illustrates the current-voltage characteristics of a photodiode in accordance with embodiments herein.

[0010] Фиг.4B графически иллюстрирует размер пятна засветки в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0010] Fig.4B graphically illustrates the size of the spot light in accordance with the embodiments of the present document.

[0011] Фиг.5 графически иллюстрирует регистрируемый множественно-возвратный световой сигнал, содержащий пятно засветки, в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0011] FIG. 5 graphically illustrates a detected multi-return light signal containing a highlight spot, in accordance with embodiments herein.

[0012] Фиг.6 отображает детектор света с резервным ЛФД в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0012] FIG. 6 depicts a back-up APD light detector in accordance with embodiments herein.

[0013] Фиг.7A, 7B, 7C графически иллюстрируют формы сигнала для работы детектора света с резервным ЛФД в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0013] FIGS. 7A, 7B, 7C graphically illustrate waveforms for operation of a back-up APD light detector in accordance with embodiments herein.

[0014] Фиг.8 отображает блок-схему последовательности операций для регистрации множественно-возвратных световых сигналов с использованием детектора света с резервным ЛФД в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0014] FIG. 8 shows a flowchart for capturing multiple-return light signals using an APD-backed light detector in accordance with the embodiments herein.

[0015] Фиг.9 отображает упрощенную блок-схему вычислительного устройства/системы обработки информации в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу.[0015] FIG. 9 depicts a simplified block diagram of a computing device/information processing system in accordance with the embodiments herein.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0016] В нижеследующем описании в целях объяснения излагаются конкретные подробности для обеспечения понимания изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что изобретение может быть осуществлено на практике без этих подробностей. Кроме того, специалист в данной области техники поймет, что описанные ниже варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы различным образом, таким как процесс, аппарат, система, устройство или способ на материальном машиночитаемом носителе.[0016] In the following description, for purposes of explanation, specific details are set forth in order to provide an understanding of the invention. However, it will be apparent to a person skilled in the art that the invention may be practiced without these details. In addition, one skilled in the art will appreciate that the embodiments of the present invention described below may be implemented in various manners, such as a process, apparatus, system, apparatus, or method, on a tangible computer-readable medium.

[0017] Компоненты или модули, показанные на схемах, иллюстрируют примерные варианты осуществления изобретения и предназначены для исключения затруднений в понимании изобретения. Следует также понимать, что в течение данного обсуждения эти компоненты могут быть описаны как отдельные функциональные блоки, которые могут содержать подблоки, но специалисты в данной области техники поймут, что различные компоненты или их части могут быть разделены на отдельные компоненты или могут быть объединены вместе, включая интегрирование в пределы единой системы или компонента. Следует отметить, что обсуждаемые здесь функции или операции могут быть реализованы в виде компонентов. Компоненты могут быть реализованы в программном обеспечении, аппаратном обеспечении или в их комбинации.[0017] The components or modules shown in the diagrams illustrate exemplary embodiments of the invention and are intended to avoid confusion in understanding the invention. It should also be understood that throughout this discussion, these components may be described as separate functional units, which may contain sub-units, but those skilled in the art will appreciate that the various components, or portions thereof, may be separated into separate components or may be combined together, including integration within a single system or component. It should be noted that the functions or operations discussed here may be implemented as components. Components may be implemented in software, hardware, or a combination of both.

[0018] Кроме того, соединения между компонентами или системами в пределах фигур не предназначены ограничиваться прямыми соединениями. Вместо этого, данные между этими компонентами могут быть изменены, переформатированы или иным образом изменены с помощью промежуточных компонентов. Кроме того, могут использоваться дополнительные соединения или меньшее их число. Следует также отметить, что термины "связанный", "соединенный" или "соединен с возможностью связи" следует понимать как включающие прямые соединения, непрямые соединения через одно или более промежуточных устройств и беспроводные соединения.[0018] In addition, connections between components or systems within the figures are not intended to be limited to direct connections. Instead, the data between these components can be modified, reformatted, or otherwise modified by intermediate components. In addition, additional compounds or fewer may be used. It should also be noted that the terms "connected", "connected" or "connected with the ability to communicate" should be understood as including direct connections, indirect connections through one or more intermediate devices and wireless connections.

[0019] Ссылка в спецификации на "один вариант осуществления", "предпочтительный вариант осуществления", "вариант осуществления" или "варианты осуществления" означает, что конкретный признак, структура, характеристика или функция, описываемые в связи с вариантом осуществления, включены в по меньшей мере один вариант осуществления изобретения и могут быть в более чем одном варианте осуществления. Кроме того, появления вышеупомянутых фраз в различных местах спецификации не обязательно все относятся к одному и тому же варианту осуществления или вариантам осуществления.[0019] Reference in the specification to "one embodiment", "preferred embodiment", "an embodiment", or "embodiments" means that a particular feature, structure, characteristic, or function described in connection with an embodiment is included in the at least one embodiment of the invention and may be in more than one embodiment. In addition, the occurrences of the above phrases in various places in the specification do not necessarily all refer to the same embodiment or embodiments.

[0020] Использование определенных терминов в различных местах в спецификации предназначено для иллюстрации и не должно истолковываться как ограничение. Сервис, функция или ресурс не ограничивается единственным сервисом, функцией или ресурсом; использование этих терминов может относиться к группированию связанных сервисов, функций или ресурсов, которые могут быть распределены или объединены.[0020] The use of certain terms in various places in the specification is for illustration purposes only and should not be construed as limiting. A service, function, or resource is not limited to a single service, function, or resource; the use of these terms may refer to a grouping of related services, functions, or resources that may be distributed or pooled.

[0021] Термины "включает в себя", "включающий в себя", "содержит", и "содержащий" следует понимать как открытые термины, и любые следующие ниже списки являются примерами и не предназначены для ограничения перечисленными элементами. Любые используемые здесь заголовки предназначены исключительно в организационных целях и не должны использоваться для ограничения объема описания или формулы изобретения. Каждая ссылка, упоминаемая в этом патентном документе, включена сюда во всей своей полноте посредством ссылки.[0021] The terms "includes", "including", "comprises", and "comprising" should be understood as open terms, and any following lists are examples and are not intended to be limiting to the items listed. Any headings used herein are for organizational purposes only and should not be used to limit the scope of the description or claims. Each reference mentioned in this patent document is incorporated herein in its entirety by reference.

[0022] Кроме того, специалист в данной области техники поймет, что: (1) выполнение определенных этапов может быть необязательным; (2) этапы могут не быть ограничены определенным порядком, изложенным здесь; (3) определенные этапы могут быть выполнены в других порядках; и (4) определенные этапы могут быть выполнены одновременно.[0022] In addition, one skilled in the art will appreciate that: (1) certain steps may not be necessary; (2) the steps may not be limited to the particular order outlined here; (3) certain steps can be performed in other orders; and (4) certain steps can be performed simultaneously.

A. Система обнаружения и определения дальности с помощью светаA. Light detection and ranging system

[0023] Система обнаружения и определения дальности с помощью света, такая как система LIDAR (лазерная система обнаружения и измерения дальности), может быть инструментом для измерения форм и контуров среды, окружающей систему. Системы LIDAR могут быть применены в многочисленных приложениях, включая и автономную навигацию, и картографическую аэросъемку поверхности. Системы LIDAR испускают световой импульс, который впоследствии отражается от объекта в пределах среды, в которой работает система. Объект может рассматриваться как "отражатель". Время распространения каждого импульса от момента испускания до момента приема (то есть время пролета "TOF") может быть измерено для определения расстояния между объектом и системой LIDAR. Данная область техники основана на физике света и оптике.[0023] A light detection and ranging system, such as a LIDAR (Laser Detection and Ranging) system, can be a tool for measuring the shapes and contours of the environment surrounding the system. LIDAR systems can be applied in numerous applications, including both autonomous navigation and aerial mapping of the surface. LIDAR systems emit a pulse of light, which is subsequently reflected from an object within the environment in which the system operates. The object can be thought of as a "reflector". The propagation time of each pulse from the moment of emission to the moment of reception (ie the time of flight "TOF") can be measured to determine the distance between the object and the LIDAR system. This field of technology is based on the physics of light and optics.

[0024] В системе LIDAR свет может быть испущен из быстро возбуждаемого лазера. Лазерный свет распространяется через среду и отражается от точек расположения объектов в среде, таких как строения, ветви деревьев и транспортные средства. Отраженная световая энергия возвращается в приемник системы LIDAR (детектор), где она регистрируется и используется для картографирования среды.[0024] In a LIDAR system, light may be emitted from a rapidly excited laser. Laser light propagates through the medium and reflects off points of objects in the medium, such as buildings, tree branches, and vehicles. The reflected light energy is returned to the receiver of the LIDAR system (detector), where it is recorded and used to map the environment.

[0025] Фиг.1 отображает работу 100 компонентов 102 обнаружения и определения дальности с помощью света и блок 109 анализа и интерпретации данных в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Компоненты 102 обнаружения и определения дальности с помощью света могут содержать излучатель 104, который передает испускаемый световой сигнал 110, приемник 106, содержащий детектор, и блок 108 управления системой и сбора данных. Испускаемый световой сигнал 110 распространяется через среду и отражается от объекта 112. Возвратный световой сигнал 114 распространяется через упомянутую среду и принимается приемником 106. Блок 108 управления системой и сбора данных может управлять испусканием света излучателем 104, а блок сбора данных может записывать возвратный световой сигнал 114, регистрируемый приемником 106. Блок 109 анализа и интерпретации данных может принимать выходной сигнал через соединение 116 от блока 108 управления системой и сбора данных и выполнять функции анализа данных. Соединение 116 может быть реализовано с помощью контактного или бесконтактного способа связи. Излучатель 104 и приемник 106 могут включать в себя оптическую линзу (не показана). Передатчик 104 может испускать лазерный луч, имеющий множество импульсов в конкретной последовательности. В некоторых вариантах осуществления компоненты 102 обнаружения и определения дальности с помощью света и блок 109 анализа и интерпретации данных содержат систему LIDAR.[0025] FIG. 1 depicts the operation of 100 light detection and ranging components 102 and data analysis and interpretation unit 109 in accordance with embodiments herein. Light detection and ranging components 102 may include an emitter 104 that transmits an emitted light signal 110, a receiver 106 containing a detector, and a system control and data acquisition unit 108. The emitted light signal 110 propagates through the medium and is reflected from the object 112. The return light signal 114 propagates through said medium and is received by the receiver 106. The system control and data acquisition unit 108 may control the emission of light by the emitter 104, and the data acquisition unit may record the return light signal 114 , registered by the receiver 106. Block 109 analysis and interpretation of the data can receive the output signal through the connection 116 from the block 108 system control and data acquisition and perform the functions of data analysis. Connection 116 may be implemented using a contact or non-contact communication method. The emitter 104 and receiver 106 may include an optical lens (not shown). The transmitter 104 may emit a laser beam having a plurality of pulses in a particular sequence. In some embodiments, light detection and ranging components 102 and data analysis and interpretation unit 109 comprise a LIDAR system.

[0026] Фиг.2 иллюстрирует работу 200 системы 202 обнаружения и определения дальности с помощью света, в том числе множественно-возвратные световые сигналы: (1) возвратный сигнал 203 и (2) возвратный сигнал 205 в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Система 202 обнаружения и определения дальности с помощью света может быть системой LIDAR. Вследствие расходимости лазерного пучка, импульсы, возбуждаемые единичным лазером, часто сталкиваются с несколькими объектами, образуя несколько (множественные) возвратных сигналов. Система 202 обнаружения и определения дальности с помощью света может анализировать множественные возвратные сигналы и может сообщать либо о самом сильном возвратном сигнале, последнем возвратном сигнале, либо об обоих возвратных сигналах. На Фиг.2 система 202 обнаружения и определения дальности с помощью света испускает лазерный луч в направлении ближней стенки 204 и дальней стенки 208. Как показано, большая часть пучка сталкивается с ближней стенкой 204 в области 206, что приводит к возвратному сигналу 203, а другая часть пучка сталкивается с дальней стенкой 208 в области 210, что приводит к возвратному сигналу 205. Возвратный сигнал 203 может иметь более короткое TOF (время пролета) и большую интенсивность принимаемого сигнала по сравнению с возвратным сигналом 205. Система 202 обнаружения и определения дальности с помощью света может записывать оба возвратных сигнала, только если расстояние между двумя объектами больше минимального расстояния. В системах LIDAR и с единственным, и с множественными возвратными сигналами важно, чтобы возвратный сигнал был точно связан с передаваемым световым сигналом, в результате чего вычисляется точное значение TOF.[0026] Figure 2 illustrates the operation 200 of a light detection and ranging system 202, including multiple-return lights: (1) return signal 203 and (2) return signal 205 in accordance with embodiments herein. Light detection and ranging system 202 may be a LIDAR system. Due to the divergence of the laser beam, pulses driven by a single laser often collide with several objects, producing multiple (multiple) returns. The light detection and ranging system 202 may analyze multiple returns and may report either the strongest return, the last return, or both returns. In FIG. 2, the light detection and ranging system 202 emits a laser beam in the direction of the near wall 204 and far wall 208. As shown, most of the beam collides with the near wall 204 in region 206, resulting in a return signal 203, and the other part of the beam collides with the far wall 208 in region 210, resulting in a return signal 205. The return signal 203 may have a shorter TOF (time of flight) and a higher received signal strength compared to the return signal 205. A detection and ranging system 202 using Light can record both returns only if the distance between the two objects is greater than the minimum distance. In LIDAR systems with both single and multiple returns, it is important that the return signal be accurately related to the transmitted light signal, resulting in an accurate TOF value being calculated.

[0027] В некоторых вариантах осуществления системы LIDAR данные о расстоянии могут захватываться в виде 2-D облака точек (то есть в единственной плоскости). Эти системы LIDAR часто могут использоваться в промышленных приложениях и часто могут перепрофилироваться для геодезической съемки, картографирования, автономной навигации и других применений. Некоторые варианты осуществления этих устройств основываются на использовании единственной пары лазерный излучатель/детектор, скомбинированной с некоторым типом перемещаемого зеркала для осуществления сканирования по меньшей мере по одной плоскости. Это зеркало не только отражает свет, испускаемый диодом, но может также отражать возвратный свет на детектор. Использование поворотного зеркала в этой заявке может быть средством достижения 90-180-360 градусного азимутального обзора при упрощении как конструкции системы, так и технологичности изготовления.[0027] In some embodiments of a LIDAR system, distance data may be captured as a 2-D point cloud (ie, in a single plane). These LIDAR systems can often be used in industrial applications and can often be repurposed for surveying, mapping, autonomous navigation, and other applications. Some embodiments of these devices rely on the use of a single laser emitter/detector pair combined with some type of movable mirror to scan at least one plane. This mirror not only reflects the light emitted by the diode, but can also reflect the return light to the detector. The use of a tilting mirror in this application may be a means of achieving 90-180-360 degree azimuth viewing while simplifying both system design and manufacturability.

[0028] Фиг.3 отображает систему 300 LIDAR с поворотным зеркалом в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. В системе 300 LIDAR используется единственный лазерный излучатель/детектор, объединенный с поворотным зеркалом для эффективного сканирования по плоскости. Измерения расстояния, выполняемые такой системой, фактически двумерны (то есть планарны), и захватываемые точки расстояния воспроизводятся как 2-D облако точек (то есть в единственной плоскости). В некоторых вариантах осуществления, но без ограничений, поворотные зеркала вращаются на очень больших скоростях, например, тысячи оборотов в минуту. Поворотное зеркало может также называться вращающимся зеркалом.[0028] FIG. 3 depicts a tilting mirror LIDAR system 300 in accordance with the embodiments herein. The 300 LIDAR system uses a single laser emitter/detector combined with a rotatable mirror for efficient flat scanning. The distance measurements performed by such a system are effectively two-dimensional (ie, planar) and the acquired distance points are reproduced as a 2-D point cloud (ie, in a single plane). In some embodiments, but not limited to, the pivoting mirrors rotate at very high speeds, such as thousands of revolutions per minute. A swivel mirror may also be referred to as a rotating mirror.

[0029] Система 300 LIDAR содержит лазерную электронику 302, которая содержит единственный излучатель света и детектор света. Испускаемый лазерный сигнал 301 может быть направлен на неподвижное зеркало 304, которое отражает испускаемый лазерный сигнал 301 на поворотное зеркало 306. Поскольку поворотное зеркало 306 "поворачивается", испускаемый лазерный сигнал 301 может отражаться от объекта 308 на своем пути распространения. Отраженный сигнал 303 может быть подан на детектор в лазерной электронике 302 через поворотное зеркало 306 и неподвижное зеркало 304.[0029] The LIDAR system 300 includes laser electronics 302 that includes a single light emitter and a light detector. The emitted laser signal 301 may be directed to a fixed mirror 304, which reflects the emitted laser signal 301 onto the pivoting mirror 306. As the pivoting mirror 306 "rotates", the emitted laser signal 301 may be reflected from an object 308 along its propagation path. The reflected signal 303 can be applied to the detector in the laser electronics 302 via the rotating mirror 306 and the fixed mirror 304.

[0030] Как отмечается выше, времяпролетный метод или метод TOF представляет собой метод, использующий систему LIDAR, для составления карты среды и обеспечивает перспективную и подтвержденную методику, используемую для регистрации целевых объектов. Одновременно с возбуждением лазерных импульсов встроенное программное обеспечение в системе LIDAR может анализировать и измерять принимаемые данные. Оптическая приемная линза в системе LIDAR действует как телескоп, собирающий фрагменты фотонов света, возвращающихся из окружающей среды. Чем больше лазеров используется в системе, тем больше информации об окружающей среде может быть собрано. Системы LIDAR с единственным лазером могут находиться в невыгодном положении по сравнению с системами с множественными лазерами, потому что меньшее количество фотонов может быть возвращено, поэтому может быть собрано меньше информации. Некоторые варианты осуществления, но без ограничения, систем LIDAR были реализованы с 8, 16, 32 и 64 лазерами. Кроме того, некоторые варианты осуществления LIDAR, но без ограничения, могут иметь вертикальное поле обзора (FOV) 30-40° с лазерным лучом, распространяющимся с углом расходимости 0,3°, и могут иметь скорости вращения 5-20 оборотов в секунду.[0030] As noted above, the time-of-flight or TOF method is a method using the LIDAR system for mapping the environment and provides a promising and validated technique used to register targets. Simultaneously with the excitation of laser pulses, the embedded software in the LIDAR system can analyze and measure the received data. The optical receiving lens in the LIDAR system acts like a telescope, collecting fragments of photons of light returning from the environment. The more lasers used in a system, the more environmental information can be collected. Single laser LIDAR systems may be at a disadvantage compared to multiple laser systems because fewer photons can be returned, so less information can be collected. Some embodiments of, but not limited to, LIDAR systems have been implemented with 8, 16, 32, and 64 lasers. In addition, some LIDAR embodiments, but without limitation, may have a vertical field of view (FOV) of 30-40° with a laser beam propagating at a divergence angle of 0.3°, and may have rotation speeds of 5-20 revolutions per second.

[0031] Функциональные возможности поворотного зеркала могут также быть реализованы с помощью твердотельных технологий, таких как MEMS (микроэлектромеханические системы).[0031] The functionality of a pivoting mirror can also be implemented using solid state technologies such as MEMS (microelectromechanical systems).

B. Лавинные фотодиоды (ЛФД) в детекторах множественно-возвратных световых сигналовB. Avalanche Photodiodes (APDs) in Multiple Return Light Detectors

[0032] Как обсуждено относительно Фиг.2, в системе LIDAR один лазерный импульс может сталкиваться с множественными объектами на различном расстоянии на одной линии, что приводит к приему множественных возвратных сигналов. Регистрация множественных возвратных световых сигналов в этих средах может быть чрезвычайно затруднена для системы LIDAR, особенно когда лавинный фотодиод (ЛФД) системы LIDAR насыщается, что приводит к пятну засветки, и неспособен регистрировать максимум в множественно-возвратном сигнале. Используемый здесь термин "максимум" эквивалентен термину "импульс" множественно-возвратного сигнала.[0032] As discussed with respect to FIG. 2, in a LIDAR system, a single laser pulse can collide with multiple objects at different distances on the same line, resulting in the reception of multiple returns. Recording multiple light returns in these environments can be extremely difficult for a LIDAR system, especially when the LIDAR avalanche photodiode (APD) saturates, resulting in a spot light, and is unable to detect a maximum in the multiple return signal. As used herein, the term "maximum" is equivalent to the term "pulse" of a multiple-return signal.

[0033] Фотодиод представляет собой полупроводниковое устройство, которое преобразует свет в электрический ток. Ток возникает при поглощении фотонов в фотодиоде. Небольшое количество тока может также производиться, когда свет отсутствует. Фиг.4A графически иллюстрирует вольтамперные (IV) 400 характеристики фотодиода в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. При использовании с нулевым смещением или в фотогальваническом режиме поток фототока из устройства ограничен и напряжение растет. В этом режиме используется фотогальванический эффект, который лежит в основе работы солнечных элементов. Напряжение V_d обозначает напряжение, которое обычно рассматривается как "включенное" состояние диода.[0033] A photodiode is a semiconductor device that converts light into electrical current. The current arises when photons are absorbed in the photodiode. A small amount of current can also be produced when the light is out. 4A graphically illustrates the current-voltage (IV) 400 characteristics of a photodiode in accordance with embodiments herein. When used in zero bias or photovoltaic mode, the photocurrent flow from the device is limited and the voltage rises. This mode uses the photovoltaic effect, which is the basis for the operation of solar cells. The voltage V _d denotes the voltage, which is usually considered as the "on" state of the diode.

[0034] Интерес для вариантов осуществления по настоящему документу представляет работа в фотодиодном режиме, в котором фотодиод работает при обратном смещении. На Фиг.4A с увеличением обратного напряжения смещения отрицательный ток, i, увеличивается приблизительно линейным образом до наступления напряжения V_br пробоя. После пробоя отрицательный ток, i, может значительно увеличиться, поскольку фотодиод насыщается. Фотодиод может затем войти в режим восстановления обратного смещения. В режиме восстановления обратного смещения фотодиод может быть нечувствительным к свету; следовательно, в процессе регистрации может возникать пятно засветки.[0034] Of interest to the embodiments herein is operation in the photodiode mode, in which the photodiode operates in reverse bias. 4A, as the reverse bias voltage increases, the negative current, i, increases in an approximately linear fashion until breakdown voltage V _br occurs. After breakdown, the negative current, i, can increase significantly as the photodiode saturates. The photodiode can then enter reverse bias recovery mode. In reverse bias recovery mode, the photodiode may be insensitive to light; therefore, a spot of flare may occur during registration.

[0035] В общем случае фотодиод датчика LIDAR представляет собой ЛФД. Лавинные фотодиоды представляют собой фотодиоды со структурой, оптимизированной для работы при высоком обратном смещении, приближающемся к обратному напряжению пробоя. Такая структура позволяет каждому фотогенерированному носителю быть умноженным посредством лавинного пробоя, что приводит к внутреннему усилению в пределах фотодиода, которое увеличивает эффективную чувствительность устройства.[0035] In general, the LIDAR sensor photodiode is an APD. Avalanche photodiodes are photodiodes with a structure optimized for high reverse bias, approaching reverse breakdown voltage. This structure allows each photogenerated carrier to be multiplied by avalanche breakdown, which results in an internal gain within the photodiode that increases the effective sensitivity of the device.

[0036] Как отмечено выше, когда ЛФД находится в режиме восстановления обратного смещения, фотодиод может быть нечувствительным к свету. В этом случае регистрация света системой LIDAR может предотвращаться до тех пор, пока фотодиод не восстановится до режима работы с обратным смещением. Например, в системах ночного видения на основе лазера могут не преодолеваться эффекты засветки, связанные с сильноотражающими объектами. Многие дорожные знаки имеют сильноотражающие поверхности для отражения света ламп накаливания, такого как свет, испускаемый фарами транспортного средства, для упрощения непосредственного обзора оператором транспортного средства. Дорожные знаки часто покрываются световозвратной краской, которая может отражать большое количество света и вызывать насыщение изображения. Насыщенное изображение может быть в общем случае неясным и нечитаемым. Большие плоские поверхности, такие как поверхности на грузовиках, автобусах и фургонах, могут также вызвать насыщение изображения. Когда яркий свет находится близко к отражателю, возвратный сигнал на детекторе света может насыщать ЛФД, вызывая пятно засветки. Регистрация пятен засветки может быть особенно важна при регистрации прозрачных объектов, например, стеклянных киосков в углах улиц.[0036] As noted above, when the APD is in reverse bias recovery mode, the photodiode may be insensitive to light. In this case, the detection of light by the LIDAR system can be prevented until the photodiode is restored to reverse bias operation. For example, laser-based night vision systems may not overcome glare effects associated with highly reflective objects. Many road signs have highly reflective surfaces to reflect incandescent light, such as light emitted from vehicle headlights, to facilitate direct viewing by the vehicle operator. Road signs are often coated with retroreflective paint, which can reflect a lot of light and saturate the image. A saturated image may be generally unclear and unreadable. Large flat surfaces such as those found on trucks, buses and vans can also cause image saturation. When bright light is close to the reflector, the return signal at the light detector can saturate the APD, causing a flare spot. Registration of light spots can be especially important when registering transparent objects, such as glass kiosks on street corners.

[0037] В некоторых вариантах осуществления, но без ограничения, время восстановления может составлять несколько наносекунд, например, но без ограничения, 2-6 наносекунд, которые могут вызывать пятно засветки в несколько метров. Фиг.4B графически иллюстрирует размер пятна засветки 450 в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Конкретно, на Фиг.4B показано, что размер пятна засветки в метрах зависит от времени обратного восстановления в секундах.[0037] In some embodiments, but not limited to, the recovery time may be a few nanoseconds, such as but not limited to 2-6 nanoseconds, which can cause a light spot of several meters. Figv graphically illustrates the size of the spot light 450 in accordance with the embodiments of the present document. Specifically, FIG. 4B shows that the spot size in meters is dependent on the recovery time in seconds.

C. Подавление пятен засветки в ЛФДC. Light Spot Suppression in APD

[0038] Фиг.5 графически иллюстрирует регистрируемый множественно-возвратный световой сигнал 500, содержащий пятно засветки, в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Система регистрации света, используемая в процессе регистрации, может быть системой LIDAR, и система регистрации света может выполнять регистрацию с помощью единственного ЛФД. Множественно-возвратный световой сигнал 500 содержит последовательность импульсов и пятно засветки. Как обсуждено выше, когда яркий свет находится близко к отражателю, возвратный сигнал, приходящий на детектор света, может насыщать ЛФД, вызывая пятно засветки. Эта ситуация может снизить точность системы LIDAR, что нельзя предотвратить путем калибровки. Например, лазерный луч может быть возбужден и отражен от нескольких отражателей. Как показано на Фиг.5, множественно-возвратный световой сигнал 500 содержит последовательность из трех максимальных (пиковых) сигналов, обозначенных как Отражатель A, Отражатель B и Отражатель C. Величина максимальных сигналов может указывать на расстояние и информацию об отражателе. Фиг.5 также содержит пятно засветки, которое может быть вызвано тем, что яркий свет может находиться в непосредственной близости к отражателям, вызывая насыщение ЛФД. Четвертый максимум мог быть расположен сразу после Отражателя C, но не был зарегистрирован системой LIDAR из-за пятна засветки. Фактически, четвертый максимум представлял собой "скрытый максимум". В некоторых вариантах осуществления максимум Отражателя C может перекрываться с четвертым максимумом. Фиг.5 показывает проблемы работы при декодировании последовательных световых импульсов в множественно-возвратном световом сигнале 500, когда в детекторе света для декодирования используется единственный ЛФД.[0038] FIG. 5 graphically illustrates a detectable multi-return light signal 500 containing a highlight spot, in accordance with embodiments herein. The light detection system used in the registration process may be a LIDAR system, and the light detection system may perform registration with a single APD. The multiple-return light signal 500 comprises a train of pulses and a spot of illumination. As discussed above, when bright light is close to the reflector, the return signal arriving at the light detector can saturate the APD, causing a flare spot. This situation may reduce the accuracy of the LIDAR system, which cannot be prevented by calibration. For example, a laser beam may be excited and reflected from multiple reflectors. As shown in FIG. 5, the multiple-return light signal 500 comprises a sequence of three maximum (peak) signals, labeled as Reflector A, Reflector B, and Reflector C. The magnitude of the maximum signals may indicate distance and information about the reflector. 5 also contains a flare spot, which may be caused by bright light being in close proximity to the reflectors, causing the APD to saturate. The fourth maximum could be located immediately after Reflector C, but was not registered by the LIDAR system due to the light spot. In fact, the fourth high was a "hidden high". In some embodiments, the maximum of Reflector C may overlap with the fourth maximum. 5 shows the operational problems in decoding successive light pulses in a multi-return light signal 500 when a single APD is used in the light detector for decoding.

[0039] Варианты осуществления по настоящему документу предлагают использование резервных ЛФД в системе регистрации света для улучшения точности регистрации. Например, может быть один резервный ЛФД для поддержки каждой группы, одновременно возбуждающей лазерные импульсы. Существующие системы LIDAR могут включать в себя множественные ЛФД с функцией управления возбуждением, что дает возможность выполнять регистрацию одному ЛФД в момент времени. Один вариант осуществления настоящих документов будет сконфигурирован с одним резервным ЛФД для поддержки множественных ЛФД.[0039] Embodiments of this document propose the use of standby APDs in a light detection system to improve registration accuracy. For example, there may be one standby APD to support each group simultaneously firing laser pulses. Existing LIDAR systems may include multiple APDs with a drive control function, making it possible to register one APD at a time. One embodiment of the present documents will be configured with one redundant APD to support multiple APDs.

[0040] При реализации резервного ЛФД, для минимизации вероятности засветки может использоваться пространственное разнесение. Пространственное мультиплексирование может быть реализовано путем позиционирования резервного ЛФД вне главной оптической плоскости так, чтобы резервный ЛФД мог принимать меньше мощности, чем первичный ЛФД, который позиционирован на главной оптической плоскости. Первичные ЛФД представляют собой "чувствительные" ЛФД, поскольку они могут быть позиционированы на главной фокальной плоскости, так что они не являются поглощающими и их работа не ограничена. Следовательно, оптическое разделение между чувствительными ЛФД и резервным ЛФД может обеспечить возможность поглощения принимаемой оптической мощности в резервном ЛФД; отсюда следует термин "поглощающий резервный ЛФД". Поглощенный входной сигнал может гарантировать, что поглощающий резервный ЛФД может не насыщаться тогда, когда чувствительный ЛФД становится насыщенным. "Поглощающий резервный ЛФД" может называться вторичным ЛФД, а "чувствительный ЛФД" может называться первичным ЛФД.[0040] When implementing a redundant APD, space diversity can be used to minimize the chance of flare. Spatial multiplexing can be implemented by positioning the standby APD outside the main optical plane so that the standby APD can receive less power than the primary APD which is positioned on the main optical plane. Primary APDs are "sensitive" APDs because they can be positioned on the main focal plane so that they are non-absorbing and their performance is not limited. Therefore, the optical separation between the sensitive APD and the standby APD can allow the received optical power to be absorbed in the standby APD; hence the term "absorbing standby APD" follows. The absorbed input signal can ensure that the absorbing standby APD may not saturate when the sensitive APD becomes saturated. An "absorbing standby APD" may be referred to as a secondary APD, and a "sensitive APD" may be referred to as a primary APD.

[0041] Дополнительно, вариант осуществления по настоящему документу может улучшать эффективность регистрации с включением временного разнесения. Временное разнесение может быть достигнуто за счет задержки сигнала смещения на резервном ЛФД относительно сигнала смещения на чувствительном ЛФД.[0041] Additionally, the embodiment of the present document may improve registration performance by including time diversity. Time diversity can be achieved by delaying the offset signal on the standby APD relative to the offset signal on the sensitive APD.

1. Детектор света с резервным ЛФД1. Light detector with backup APD

[0042] Фиг.6 отображает детектор 600 света с резервным ЛФД в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Детектор 600 света может быть использован в системе LIDAR. Детектор 600 света включает в себя функции пространственного разнесения и временного разнесения и содержит четыре первичных (чувствительных) ЛФД и один вторичный (резервный) ЛФД. Вторичный ЛФД может работать с каким-либо одним из первичных ЛФД. Как описано здесь, детектор 600 света может работать на статической или динамической основе. В одном варианте осуществления статической работы работа вторичного ЛФД и первичных ЛФД может быть предварительно задана и может быть независимой от характеристик множественно-возвратных световых сигналов.[0042] FIG. 6 depicts a back-up APD light detector 600 in accordance with embodiments herein. The light detector 600 may be used in a LIDAR system. The light detector 600 includes space diversity and time diversity functions and includes four primary (sensing) APDs and one secondary (backup) APD. The secondary APD can work with any one of the primary APDs. As described here, the light detector 600 may operate on a static or dynamic basis. In one embodiment of static operation, the operation of the secondary APD and primary APDs may be predetermined and may be independent of the characteristics of the multiple return lights.

[0043] Множественно-возвратный световой сигнал может быть принят группой первичных ЛФД, включающей в себя чувствительные ЛФД 604a, 604b, 604c и 604d или группу 604 чувствительных ЛФД. Чувствительные ЛФД 604a, 604b, 604c и 604d могут быть активированы контроллером на основании последовательности возбуждаемых лазерных импульсов. Контроллер может быть блоком 610 управления стробированием по дальности ЛФД, который связан с чувствительными ЛФД 604a, 604b, 604c и 604d посредством сигналов 603a, 603b, 603c и 603d, соответственно. Блок 610 управления стробированием по дальности ЛФД может также быть связан с задержкой 608. Специалист в данной области техники поймет, что в других вариантах осуществления группа чувствительных ЛФД может содержать n-е количество ЛФД и может не быть ограниченной четырьмя ЛФД. В некоторых вариантах осуществления количество n первичных ЛФД может изменяться от 16 до 128.[0043] The multiple-return light signal may be received by the primary APD group including the sensitive APDs 604a, 604b, 604c, and 604d or the sensitive APD group 604. Sensitive APDs 604a, 604b, 604c, and 604d may be activated by the controller based on the firing laser pulse train. The controller may be an APD range gate control unit 610 that communicates with sensitive APDs 604a, 604b, 604c, and 604d via signals 603a, 603b, 603c, and 603d, respectively. The APD range gate control 610 may also be associated with delay 608. One skilled in the art will appreciate that in other embodiments, the sensitive APD group may comprise nth number of APDs and may not be limited to four APDs. In some embodiments, the number n of primary APDs may vary from 16 to 128.

[0044] В одном варианте осуществления поглощающий резервный ЛФД 606 может работать как резервный ЛФД для чувствительного ЛФД 604a. Блок 610 управления стробированием по дальности (селекторным импульсом по дальности) ЛФД активирует чувствительный ЛФД 604a, побуждая чувствительный ЛФД 604a принимать множественно-возвратный световой сигнал 602. Характеристики множественно-возвратного светового сигнала 602 могут вызвать пятно засветки для чувствительного ЛФД 604a в течение процесса регистрации. Одновременно блок 610 управления стробированием по дальности ЛФД активирует задержку 608, вызывая активацию поглощающего резервного ЛФД 606 с задержкой относительно активации чувствительного ЛФД 604a. Это задержанное стробирование смещения для поглощающего резервного ЛФД 606 предоставляет временное разнесение относительно чувствительного ЛФД 604a посредством задержки 608. Поскольку детектор 600 света последовательно управляет возбуждением лазерных импульсов, в группе 604 чувствительных ЛФД выбираются другие ЛФД, например, чувствительные ЛФД 604b, 604c и 604d. Поскольку каждый из этих других чувствительных ЛФД активируется, поглощающий резервный ЛФД 606 работает резервным образом для поддержки выбранного чувствительного ЛФД.[0044] In one embodiment, the absorbent standby APD 606 may operate as a standby APD for the sensitive APD 604a. The range gate (range selector) APD control unit 610 activates the sensitive APD 604a, causing the sensitive APD 604a to receive the multi-return light signal 602. The characteristics of the multiple-return light signal 602 may cause a highlight spot for the sensitive APD 604a during the acquisition process. Simultaneously, the APD range gate control unit 610 activates a delay 608, causing the absorbing standby APD 606 to activate with a delay relative to the activation of the sensitive APD 604a. This delayed bias gating for absorptive standby APD 606 provides time diversity with respect to sensitive APD 604a via delay 608. Since light detector 600 sequentially controls the excitation of laser pulses, other APDs are selected in sensitive APD group 604, such as sensitive APDs 604b, 604c, and 604d. As each of these other sensitive APDs is activated, the absorbing standby APD 606 operates in a standby manner to support the selected sensitive APD.

[0045] Поглощающий резервный ЛФД 606 может быть активирован блоком 610 управления стробированием по дальности ЛФД с временным разнесением относительно какого-либо из ЛФД в группе 604 чувствительных ЛФД. Задержка 608 может быть включена для обеспечения фактора временного разнесения между группой 604 чувствительных ЛФД и поглощающим резервным ЛФД 606. Размер шага задержки может быть частью ширины лазерного импульса. Временное разнесение может улучшить точность регистрации множественно-возвратных световых сигналов, как будет обсуждено относительно Фиг.7A, 7B, 7C.[0045] The absorptive standby APD 606 may be activated by the APD range gate control unit 610 with time diversity relative to any of the APDs in the sensitive APD group 604 . Delay 608 may be included to provide a time diversity factor between the sensitive APD array 604 and the absorptive standby APD 606. The delay step size may be a fraction of the laser pulse width. Time diversity can improve the accuracy of registering multiple-return lights, as will be discussed in relation to FIGS. 7A, 7B, 7C.

[0046] Пространственное разнесение может быть реализовано следующим образом. Сначала каждый из ЛФД в группе 604 чувствительных ЛФД может быть расположен в другой оптической плоскости друг относительно друга. Поглощающий резервный ЛФД 606 может быть расположен в другой оптической плоскости, чем ЛФД в группе 604 чувствительных ЛФД. Оптическое разделение между ЛФД в группе 604 чувствительных ЛФД и резервным ЛФД может обеспечить поглощение принимаемой резервным ЛФД оптической мощности; отсюда следует термин "поглощающий резервный ЛФД 606". Пространственное разнесение может быть достигнуто через использование полупрозрачных зеркал. Например, но без ограничений, существующие зеркала могут иметь 2% коэффициент пропускания, поэтому можно поместить резервные ЛФД позади существующего зеркала, которое может быть в другой оптической плоскости.[0046] Spatial diversity can be implemented as follows. First, each of the APDs in the sensitive APD group 604 may be located in a different optical plane from each other. The absorbing standby APD 606 may be located in a different optical plane than the APD in the sensitive APD group 604. The optical separation between the APDs in the sensitive APD group 604 and the standby APD can absorb the optical power received by the standby APD; hence the term "absorbing standby APD 606". Spatial diversity can be achieved through the use of translucent mirrors. For example, but not limited to, existing mirrors may have 2% transmittance, so it is possible to place redundant APDs behind an existing mirror, which may be in a different optical plane.

[0047] Группа 604 чувствительных ЛФД может работать с поглощающим резервным ЛФД 606, подавляя вероятность засветки ЛФД. Чувствительный ЛФД 604a может быть активирован и может регистрировать последовательность возвратных сигналов. С временным разнесением (задержка) и пространственным разнесением поглощающий резервный ЛФД 606 может быть активирован для поддержки регистрации последовательности возвратных сигналов в детекторе света 600. Поглощающий резервный ЛФД 606 может регистрировать скрытый импульс, когда чувствительный ЛФД 604a насыщается и имеет пятно засветки, которое может негативно воздействовать на возможность регистрации чувствительным ЛФД 604a.[0047] The sensing APD group 604 can work with the absorptive standby APD 606 to suppress the possibility of APD flare. Sensitive APD 604a may be activated and may register a sequence of returns. With time diversity (delay) and space diversity, the absorbing standby APD 606 can be activated to support the detection of a sequence of returns in the light detector 600. The absorbing standby APD 606 can detect a latent pulse when the sensitive APD 604a saturates and has a light spot that can adversely affect on the possibility of registration sensitive APD 604a.

[0048] Выход поглощающего резервного ЛФД 606 может быть связан с усилителем 612 тока с низким уровнем шума для усиления его тока. Контроллер активирует управление 614 усилением, используя инвертированное управление коэффициентом усиления для управления получающимися выходными сигналами поглощающего резервного ЛФД 606 и чувствительного ЛФД 604a. Каждый получающийся выходной сигнал может иметь различное усиление, основанное на управлении инвертированием коэффициента усиления. Получающиеся выходные сигналы подаются на объединитель 616, который реализует обработку MIMO (ввода-вывода с отображением в память) с объединением с максимальным коэффициентом усиления. Выход объединителя 616 соединен с трансимпедансным усилителем (TIA) 618. Выход трансимпедансного усилителя 618 связан с оптическим детектором 620 с улучшенным разнесением, который выводит зарегистрированный множественно-возвратный сигнал 622.[0048] The output of the absorptive standby APD 606 may be coupled to a low noise current amplifier 612 to amplify its current. The controller activates the gain control 614 using the inverted gain control to control the resulting outputs of the absorbing standby APD 606 and the sensitive APD 604a. Each resulting output signal may have a different gain based on gain inversion control. The resulting output signals are applied to a combiner 616 which implements MIMO (memory mapped input/output) processing with maximum gain combining. The output of the combiner 616 is connected to a transimpedance amplifier (TIA) 618. The output of the transimpedance amplifier 618 is connected to a diversity enhanced optical detector 620 that outputs a registered multiple return signal 622.

[0049] Объединитель 616 может иметь нежелательный шум, возникающий двумя параллельными путями: один от усилителя 612 тока с низким уровнем шума (на основе поглощающего резервного ЛФД 606) и один от чувствительного ЛФД 604a. Динамическое взвешивание параллельных путей может уменьшить влияние шума. Например, если ток чувствительного ЛФД 604a ниже порога, ток от поглощающего резервного ЛФД 606 может быть динамически взвешен. Если ток чувствительного ЛФД 604a ниже уровня шума, ток чувствительного ЛФД 604a может быть динамически взвешен. В окружающей среде с высоким уровнем шума объединитель 616 прекращает объединение и только контролирует свои входные сигналы.[0049] The combiner 616 may have unwanted noise occurring in two parallel paths: one from the low noise current amplifier 612 (based on the absorbing standby APD 606) and one from the sensitive APD 604a. Dynamic weighting of parallel paths can reduce the effect of noise. For example, if the current of the sensitive APD 604a is below a threshold, the current from the absorbing standby APD 606 may be dynamically weighted. If the current of the sensitive APD 604a is below the noise level, the current of the sensitive APD 604a may be dynamically weighted. In a noisy environment, combiner 616 stops combining and only monitors its inputs.

[0050] Фиг.7A, 7B и 7C графически иллюстрируют формы сигналов 700, 720 и 740 для работы детектора 600 света по Фиг.6 с резервным ЛФД в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Конкретнее, Фиг.7A, 7B и 7C графически иллюстрируют формы сигналов, возникающие из чувствительного ЛФД 604a и поглощающего резервного ЛФД 606. Фиг.7A иллюстрируют два импульса множественно-возвратного светового сигнала 602, в котором первый импульс находится в непосредственной близости от второго импульса. Импульсы представлены в виде идеальных прямоугольных импульсов.[0050] FIGS. 7A, 7B, and 7C graphically illustrate waveforms 700, 720, and 740 for operating the light detector 600 of FIG. 6 with a back-up APD in accordance with embodiments herein. More specifically, FIGS. 7A, 7B, and 7C graphically illustrate the waveforms resulting from the sensing APD 604a and the absorbing standby APD 606. FIG. 7A illustrates two pulses of a multi-return light signal 602 in which the first pulse is in close proximity to the second pulse. The pulses are presented as ideal rectangular pulses.

[0051] Фиг.7B иллюстрирует отклик или выходной сигнал чувствительного ЛФД 604a и поглощающего резервного ЛФД 606. В процессе генерирования этого выходного сигнала чувствительный ЛФД 604a может стать насыщенным, что приводит к пятну засветки (см. зону засветки). Другими словами, Фиг.7B иллюстрирует близко расположенный яркий отражатель, насыщающий чувствительный ЛФД 604a, то есть первичный ЛФД. Во время восстановления от насыщения чувствительный ЛФД 604a может быть неспособен зарегистрировать второй импульс. Типичное восстановление от насыщения может продолжаться в течение нескольких наносекунд (нс). Поэтому при ~30 см/нс, 6 нс могут привести к пятну засветки в 2 метра.[0051] FIG. 7B illustrates the response or output of a sensitive APD 604a and an absorptive standby APD 606. In the process of generating this output, the sensitive APD 604a may become saturated, resulting in a highlight spot (see blowout zone). In other words, FIG. 7B illustrates a closely spaced bright reflector saturating the sensitive APD 604a, ie the primary APD. During saturation recovery, the sensitive APD 604a may be unable to register the second pulse. A typical recovery from saturation can last for several nanoseconds (ns). Therefore, at ~30 cm/ns, 6 ns can result in a 2 meter spot.

[0052] Фиг.7B также иллюстрирует отклик или выходной сигнал поглощающего резервного ЛФД 606 (то есть отклик резервного ЛФД), который расположен вне главной оптической оси чувствительного ЛФД 604a. Поэтому "резервный ЛФД" является поглощающим. На Фиг.7B величина "отклика чувствительного детектора" больше величины "отклика резервного ЛФД".[0052] FIG. 7B also illustrates the response or output of an absorbing standby APD 606 (ie, standby APD response) that is located off the main optical axis of the sensitive APD 604a. Therefore, the "reserve APD" is absorbing. In FIG. 7B, the "sensitive detector response" value is greater than the "backup APD response" value.

[0053] Выходной сигнал поглощающего резервного ЛФД 606 может быть электрически усилен с помощью усилителя 612 тока с низким уровнем шума, что приводит к формам сигнала 740 по Фиг.7C. Форма сигнала 740 показывает результат обработки MIMO с объединением с максимальным коэффициентом усиления для захвата двух событий в непосредственной близости.[0053] The output of the absorptive standby APD 606 can be electrically amplified by a low noise current amplifier 612, resulting in the waveforms 740 of FIG. 7C. Waveform 740 shows the result of MIMO processing with maximum gain combining to capture two events in close proximity.

[0054] Формы сигнала 740 содержат отклик чувствительного ЛФД 604a (первый импульс) и усиленный выходной сигнал поглощающего резервного ЛФД 606 (второй импульс). Вследствие усиления с помощью усилителя 612 тока с низким уровнем шума, импульс (второй импульс), регистрируемый поглощающим резервным ЛФД 606, теперь больше импульса (первого импульса), регистрируемого чувствительным ЛФД 604a. Форма сигнала 740 может быть декодирована приемником с разнесением, поскольку форма сигнала 740 включает в себя близкие передние фронты.[0054] Waveforms 740 comprise the response of the sensitive APD 604a (first pulse) and the amplified output of the absorbing standby APD 606 (second pulse). Due to the amplification by the low noise current amplifier 612, the pulse (second pulse) sensed by the absorbing standby APD 606 is now larger than the pulse (first pulse) sensed by the sensitive APD 604a. Waveform 740 can be diversity decoded by the receiver because waveform 740 includes close rising edges.

2. Способ регистрации света с помощью резервного ЛФД2. Method for detecting light using a standby APD

[0055] Описывается способ регистрации множественно-возвратного светового сигнала системой обнаружения и определения дальности с помощью света, например, системой LIDAR. Фиг.8 отображает блок-схему 800 последовательности операций для регистрации множественно-возвратных световых сигналов с использованием детектора света с резервным ЛФД в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Более конкретно, Фиг.8 описывает способ регистрации скрытого импульса в множественно-возвратном световом сигнале, в котором первый импульс вызывает насыщение первичного ЛФД, приводя к пятну засветки (см. Фиг.7B.)[0055] A method for detecting a multiple-return light signal by a light detection and ranging system, such as a LIDAR system, is described. 8 shows a flowchart 800 for capturing multi-return light signals using an APD-backed light detector in accordance with the embodiments herein. More specifically, Fig. 8 describes a method for detecting a latent pulse in a multi-return light signal, in which the first pulse causes the primary APD to saturate, resulting in a spot light (see Fig. 7B.)

[0056] На последующих этапах приводятся ссылки на некоторые элементы детектора 600 света. Кроме того, на последующих этапах первичный ЛФД может быть одним из чувствительных ЛФД 604abcd, а вторичный ЛФД может быть поглощающим резервным ЛФД 606. Этапы способа содержат:[0056] In the following steps, references are made to some elements of the light detector 600. In addition, in subsequent steps, the primary APD may be one of the sensitive APDs 604abcd, and the secondary APD may be the absorptive standby APD 606. The method steps comprise:

[0057] Прием множественно-возвратного светового сигнала (МВС-сигнала), содержащего импульсы, которые могут находиться в непосредственной близости друг от друга. МВС-сигнал может содержать скрытый импульс, возникающий из-за близкорасположенного яркого отражателя, который может вызывать насыщение первичного ЛФД (детектора с высоким усилением) в детекторе 600 света (этап 802).[0057] Reception of a multiple-return light signal (MRS signal) containing pulses that may be in close proximity to each other. The MVS signal may contain a latent pulse due to a nearby bright reflector that may saturate the primary APD (high gain detector) in the light detector 600 (step 802).

[0058] Активацию управления 610 стробированием по дальности ЛФД с генерированием сигнала смещения. Это действие определяет последовательность активации первичных ЛФД и вторичных ЛФД. Активируется управление 610 усилением (этап 804).[0058] Activating the APD range gate control 610 to generate an offset signal. This action determines the activation sequence of primary APDs and secondary APDs. Gain control 610 is activated (block 804).

[0059] Прием на выбранном первичном ЛФД (детекторе с высоким усилением) сигнала смещения и МВС-сигнала. Первичный ЛФД может быть выбран из группы 604 чувствительных ЛФД на основании управления возбуждением импульсов. Кроме того, каждый ЛФД в группе 604 чувствительных ЛФД может быть позиционирован в различной оптической плоскости. Первичный ЛФД генерирует сигнал запуска для вторичного ЛФД (этап 806).[0059] Receiving on the selected primary APD (high gain detector) a bias signal and an MVS signal. The primary APD may be selected from the sensitive APD group 604 based on the pulse drive control. In addition, each APD in the sensitive APD group 604 can be positioned in a different optical plane. The primary APD generates a trigger signal for the secondary APD (block 806).

[0060] Прием на вторичном ЛФД МВС-сигнала и задержанного сигнала смещения, причем сигнал смещения задерживается за счет задержки 608. Задержанный сигнал смещения может побуждать вторичный ЛФД регистрировать в задержанном временном окне относительно первичного ЛФД. Вторичный (резервный) ЛФД может находиться в другой оптической плоскости, чем первичный ЛФД, вызывая "поглощение" сигнала, испускаемого вторичным (резервным) ЛФД относительно сигнала, испускаемого первичным (чувствительным) ЛФД (этап 808).[0060] Reception on the secondary APD of an MBC signal and a delayed offset signal, the offset signal being delayed by a delay 608. The delayed offset signal may cause the secondary APD to register in a delayed time window relative to the primary APD. The secondary (standby) APD may be in a different optical plane than the primary APD, causing the signal emitted by the secondary (standby) APD to "sink" relative to the signal emitted by the primary (sensing) APD (step 808).

[0061] Активацию управления 614 усилением с использованием управления инвертированием коэффициента усиления для управления получающимися выходными сигналами вторичного ЛФД и первичного ЛФД (этап 812).[0061] Activate gain control 614 using gain invert control to control the resulting secondary APD and primary APD outputs (block 812).

[0062] Усиление выходного сигнала вторичного ЛФД с помощью усилителя 612 тока с низким уровнем шума на основании управления 614 усилением на этапе 812 (этап 810).[0062] Amplifying the output of the secondary APD by the low noise current amplifier 612 based on the gain control 614 in step 812 (step 810).

[0063] Объединение получающихся сигналов первичного ЛФД и вторичного ЛФД с использованием обработки MIMO с объединением с максимальным коэффициентом усиления для захвата двух импульсов (событий), находящихся в непосредственной близости (этап 814).[0063] Combining the resulting primary APD and secondary APD signals using maximum gain combining MIMO processing to capture two pulses (events) in close proximity (block 814).

[0064] Усиление результатов этапа 814 с помощью трансимпедансного усилителя (этап 816).[0064] Amplifying the results of step 814 with a transimpedance amplifier (step 816).

[0065] Регистрация и вывод множественно-возвратного сигнала, включающего один или более скрытых импульсов с помощью оптического детектора 620 с увеличенным разнесением (этап 818).[0065] Detection and output of a multiple-return signal including one or more hidden pulses using an increased diversity optical detector 620 (step 818).

D. Варианты осуществления для резервированияD. Redundancy Embodiments

[0066] Как обсуждено выше, эффективность регистрации света множественно-возвратного светового сигнала может быть улучшена с введением вторичного ЛФД, который работает резервным образом с первичным ЛФД. Эффективность может быть дополнительно улучшена с помощью включения временного разнесения, например, когда сигнал смещения для вторичного ЛФД задерживается относительно первичного ЛФД. Эффективность может быть дополнительно улучшена с помощью включения пространственного разнесения оптических плоскостей первичного ЛФД и вторичного ЛФД. С пространственным разнесением выходной сигнал вторичного ЛФД может быть ослабленным, что может минимизировать возможность насыщения вторичного ЛФД и входа в период восстановления обратного смещения. Это может позволить вторичному ЛФД регистрировать скрытые импульсы.[0066] As discussed above, the light detection efficiency of the multiple-return light signal can be improved with the introduction of a secondary APD that works redundantly with the primary APD. Efficiency can be further improved by including time diversity, such as when the offset signal for the secondary APD is delayed relative to the primary APD. The performance can be further improved by enabling space separation of the optical planes of the primary APD and the secondary APD. With space diversity, the output of the secondary APD can be attenuated, which can minimize the possibility of the secondary APD saturating and entering a reverse bias recovery period. This may allow the secondary APD to register latent pulses.

[0067] Различные конфигурации вторичных и первичных ЛФД могут иметь дополнительные усовершенствования эффективности. Примерные варианты осуществления включают в себя, но без ограничений, 1 вторичный ЛФД для 1 первичного ЛФД, 1 вторичный ЛФД для n первичных ЛФД и m вторичных ЛФД для n первичных ЛФД. Другими словами, множественные резервные ЛФД могут использоваться с различными комбинациями первичных ЛФД. Вторичные и первичные ЛФД могут работать в статической окружающей среде или в динамической окружающей среде. Как описано здесь, детектор 600 света может работать на статической основе. Для статической окружающей среды работа резервных ЛФД и первичных ЛФД может быть предварительно задана и может быть независимой от характеристик множественно-возвратных световых сигналов.[0067] Various configurations of secondary and primary APDs may have further performance improvements. Exemplary embodiments include, but are not limited to, 1 secondary APD for 1 primary APD, 1 secondary APD for n primary APDs, and m secondary APDs for n primary APDs. In other words, multiple standby APDs can be used with various combinations of primary APDs. Secondary and primary APDs can operate in a static environment or in a dynamic environment. As described here, the light detector 600 may operate on a static basis. For a static environment, the operation of the standby APDs and primary APDs may be preset and may be independent of the multi-return light characteristics.

[0068] Динамические решения могут быть основанными на информации обработки множественно-возвратных световых сигналов. Возможные динамические варианты осуществления могут включать в себя, но без ограничений: 1) изменение порядка управления возбуждением первичных ЛФД. Этот вариант осуществления может включать в себя активацию двух или более первичных ЛФД в момент времени; 2) динамическое регулирование настройки резервирования многократных вторичных ЛФД и многократных первичных ЛФД на основании расположения выбранных ЛФД на оптической фокальной плоскости; и 3) динамическое регулирование сигнала задержки смещения, связанного со вторичными ЛФД.[0068] Dynamic decisions may be based on multi-return light signal processing information. Possible dynamic options for implementation may include, but are not limited to: 1) changing the order of control of the excitation of the primary APD. This embodiment may include activating two or more primary APDs at a time; 2) dynamic adjustment of the redundancy setting of multiple secondary APDs and multiple primary APDs based on the location of the selected APDs on the optical focal plane; and 3) dynamically adjusting the bias delay signal associated with the secondary APDs.

E. Сущность изобретенияE. Summary of the Invention

[0069] Варианты осуществления по настоящему документу раскрывают системы и способы подавления засветки ЛФД. Система может содержать первичный лавинный фотодиод (ЛФД), выполненный с возможностью принимать и регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации первым сигналом смещения, причем множественно-возвратный световой сигнал содержит два или более световых импульсов; вторичный ЛФД, выполненный с возможностью принимать и регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации вторым сигналом смещения; функциональный блок задержки, который генерирует второй сигнал смещения путем добавления задержки к первому сигналу смещения; и объединитель, выполненный с возможностью объединять множественно-возвратный световой сигнал, регистрируемый первичным ЛФД, и множественно-возвратный световой сигнал, регистрируемый вторичным ЛФД, причем, если первичный ЛФД насыщается при регистрации множественно-возвратного светового сигнала и не способен регистрировать последующий импульс, вторичный ЛФД декодирует последующий импульс. Способ содержит прием множественно-возвратного светового сигнала на первичном ЛФД, причем множественно-возвратный световой сигнал содержит последовательность импульсов, которые вызывают насыщение первичного ЛФД и генерируют пятно засветки при регистрации; прием множественно-возвратного светового сигнала на вторичном ЛФД, причем вторичный ЛФД работает резервным образом с первичным ЛФД; и регистрацию вторичным ЛФД импульсов в множественно-возвратном световом сигнале, которые скрыты в пятне засветки при регистрации первичным ЛФД и не регистрируются первичным ЛФД. Система содержит два или более первичных лавинных фотодиодов (ЛФД), каждый из которых выполнен с возможностью регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации первым сигналом смещения, причем множественно-возвратный световой сигнал содержит два или более импульсов; два или более вторичных ЛФД, каждый из которых выполнен с возможностью регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации вторым сигналом смещения, причем каждый из упомянутых двух или более вторичных ЛФД выполнены с возможностью работать резервным образом с каждым из упомянутых двух или более первичных ЛФД для выполнения регистрации множественно-возвратного светового сигнала; и контроллер, выполненный с возможностью выбирать один из упомянутых двух или более вторичных ЛФД и один из упомянутых двух или более первичных ЛФД для регистрации множественно-возвратного светового сигнала.[0069] Embodiments herein disclose systems and methods for suppressing APD illumination. The system may include a primary avalanche photodiode (APD) configured to receive and register a multiple-return light signal when activated by a first bias signal, the multiple-return light signal comprising two or more light pulses; a secondary APD configured to receive and register the multiple-return light signal when activated by the second bias signal; a delay function block that generates a second offset signal by adding a delay to the first offset signal; and a combiner configured to combine the multiple-return light signal recorded by the primary APD and the multiple-return light signal recorded by the secondary APD, wherein if the primary APD saturates upon registration of the multiple-return light signal and is unable to register a subsequent pulse, the secondary APD decodes the next pulse. The method comprises receiving a multiple-return light signal on the primary APD, wherein the multiple-return light signal comprises a sequence of pulses that saturate the primary APD and generate a light spot upon registration; receiving a multiple-return light signal on the secondary APD, the secondary APD operating in a redundant manner with the primary APD; and registration by the secondary APD of pulses in the multiple-return light signal, which are hidden in the spot of illumination when registered by the primary APD and are not recorded by the primary APD. The system comprises two or more primary avalanche photodiodes (APDs), each of which is configured to register a multiple-return light signal when activated by a first bias signal, the multiple-return light signal comprising two or more pulses; two or more secondary APDs, each of which is configured to register a multiple-return light signal when activated by a second bias signal, and each of said two or more secondary APDs is configured to work in a redundant manner with each of said two or more primary APDs to perform registering a multiple-return light signal; and a controller configured to select one of said two or more secondary APDs and one of said two or more primary APDs for registering the multiple return light signal.

F. Варианты осуществления системыF. System Embodiments

[0070] В вариантах осуществления объекты по настоящему патентному документу могут быть направлены на или реализованы в системах обработки информации/вычислительных системах. В целях этого раскрытия вычислительная система может включать в себя любые технические средства или совокупность технических средств, выполненных с возможностью вычислять, рассчитывать, определять, классифицировать, обрабатывать, передавать, принимать, извлекать, создавать, направлять, переключать, сохранять, отображать, осуществлять связь, демонстрировать, регистрировать, записывать, воспроизводить, обслуживать или использовать любую форму информации, сведений или данных для деловых, научных, управленческих или других целей. Например, вычислительная система может быть оптической измерительной системой, такой как система LIDAR, использующей время пролета для составления карты объектов в пределах своей окружающей среды. Вычислительная система может включать в себя оперативную память (ОЗУ), один или более ресурсов обработки, таких как центральный процессор (ЦП) или логические схемы управления аппаратным или программным обеспечением, ПЗУ, и/или другие типы памяти. Дополнительные компоненты вычислительной системы могут включать в себя один или более сетевых или беспроводных портов для связи с внешними устройствами, а также различными устройствами ввода и вывода (I/O), таких как клавиатура, мышь, сенсорный экран и/или видеодисплей. Вычислительная система может также включать в себя одну или более шин, выполненных с возможностью осуществлять связь между различными компонентами аппаратного обеспечения.[0070] In embodiments, the objects of this patent document may be directed to or implemented in information processing/computing systems. For the purposes of this disclosure, a computing system may include any hardware or set of hardware capable of calculating, calculating, determining, classifying, processing, transmitting, receiving, retrieving, creating, directing, switching, storing, displaying, communicating, display, record, record, reproduce, maintain or use any form of information, information or data for business, scientific, managerial or other purposes. For example, the computing system may be an optical measurement system, such as a LIDAR system, using time of flight to map objects within its environment. The computing system may include random access memory (RAM), one or more processing resources such as a central processing unit (CPU) or hardware or software control logic, ROM, and/or other types of memory. Additional computing system components may include one or more network or wireless ports for communication with external devices, as well as various input and output (I/O) devices such as a keyboard, mouse, touch screen, and/or video display. The computing system may also include one or more buses configured to communicate between various hardware components.

[0071] Фиг.9 отображает упрощенную блок-схему вычислительного устройства/системы обработки информации (или вычислительной системы) в соответствии с вариантами осуществления по настоящему документу. Должно быть ясно, что функциональные возможности, показанные для системы 900, могут функционировать для поддержки различных вариантов осуществления системы обработки информации, хотя следует понимать, что система обработки информации может быть сконфигурирована по-другому и может включать в себя другие компоненты.[0071] FIG. 9 is a simplified block diagram of a computing device/information processing system (or computing system) in accordance with embodiments herein. It should be clear that the functionality shown for system 900 may function to support various embodiments of the information processing system, although it should be understood that the information processing system may be configured differently and may include other components.

[0072] Как показано на Фиг.9, система 900 включает в себя один или более центральных процессоров (ЦП) 901, которые предоставляют вычислительные ресурсы и управляют компьютером. ЦП 901 может быть реализован с помощью микропроцессора или подобного и может также включать в себя один или более графических процессоров (ГП) 917 и/или сопроцессор для вычислений с плавающей точкой для математических расчетов. Система 900 может также включать в себя системную память 902, которая может быть в виде оперативной памяти (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или обоих.[0072] As shown in FIG. 9, system 900 includes one or more central processing units (CPUs) 901 that provide computing resources and control a computer. The CPU 901 may be implemented with a microprocessor or the like, and may also include one or more graphics processing units (GPUs) 917 and/or a floating point co-processor for mathematical calculations. System 900 may also include system memory 902, which may be in the form of random access memory (RAM), read only memory (ROM), or both.

[0073] Также может быть предоставлен ряд контроллеров и периферийных устройств, как показано на Фиг.9. Входной контроллер 903 представляет собой интерфейс для различных устройств 904 ввода, таких как клавиатура, мышь или стилус. Также может быть предоставлен беспроводной контроллер 905, который осуществляет связь с беспроводным устройством 906. Система 900 может также включать в себя контроллер 907 запоминающих устройств для взаимодействия с одним или более запоминающими устройствами 908, каждое из которых включает в себя носитель данных, такой как флэш-память, или оптический носитель, который может быть использован для записи программ из инструкций для операционных систем, сервисов и приложений, которые могут включать в себя варианты осуществления программ, реализующих различные аспекты настоящего изобретения. Запоминающее устройство(а) 908 может также быть использовано для сохранения обработанных данных или данных, подлежащих обработке, в соответствии с изобретением. Система 900 может также включать в себя контроллер 909 отображения для предоставления интерфейса для устройства 911 отображения. Вычислительная система 900 может также включать в себя автомобильный контроллер 912 сигналов для осуществления связи с автомобильной системой 913. Контроллер 914 связи может взаимодействовать с одним или более устройствами 915 связи, что дает возможность системе 900 подключаться к удаленным устройствам через любую из разнообразия сетей, включая автомобильную сеть, Интернет, облачный ресурс (например, облако Ethernet, волоконный канал через Ethernet (FCoE)/облако моста центра обработки данных (DCB), и т.д.), локальную сеть (LAN), глобальную сеть (WAN), сеть хранения данных (SAN) или через любые подходящие носители электромагнитных сигналов, включая инфракрасные сигналы.[0073] A number of controllers and peripherals may also be provided, as shown in FIG. An input controller 903 is an interface to various input devices 904 such as a keyboard, mouse, or stylus. A wireless controller 905 may also be provided that communicates with a wireless device 906. System 900 may also include a storage controller 907 for interacting with one or more storage devices 908, each of which includes a storage medium such as a flash drive. memory, or optical media, that can be used to write programs from instructions for operating systems, services, and applications, which may include embodiments of programs that implement various aspects of the present invention. The storage device(s) 908 may also be used to store processed data or data to be processed in accordance with the invention. System 900 may also include a display controller 909 for providing an interface to display device 911. Computing system 900 may also include an vehicular signal controller 912 for communicating with vehicular system 913. Communications controller 914 may interface with one or more communication devices 915 to enable system 900 to connect to remote devices over any of a variety of networks, including vehicular networks. network, Internet, cloud resource (such as Ethernet cloud, Fiber over Ethernet (FCoE)/data center bridge cloud (DCB), etc.), local area network (LAN), wide area network (WAN), storage area network data (SAN) or through any suitable electromagnetic signal carriers, including infrared signals.

[0074] В показанной системе все главные системные компоненты могут соединяться с шиной 916, которая может быть представлена более чем одной физической шиной. Однако, различные системные компоненты могут быть или могут не быть в физической близости друг от друга. Например, входные данные и/или выходные данные могут быть переданы удаленно из одного физического местоположения в другое. Кроме того, к программам, которые реализуют различные аспекты этого изобретения, может быть осуществлен доступ из удаленного местоположения (например, сервера) по сети. Такие данные и/или программы могут быть переданы через любой из разнообразия машиночитаемых носителей, включая, но без ограничения: магнитные носители, такие как жесткие диски, гибкие диски и магнитная лента; оптические носители, такие как CD-ROM и голографические устройства; магнитооптические носители; и устройства аппаратного обеспечения, которые специально сконфигурированы для сохранения или сохранения и выполнения программного кода, такие как специализированные интегральные схемы (ASIC), программируемые логические устройства (PLD), устройства флэш-памяти и устройства ОЗУ и ПЗУ.[0074] In the system shown, all major system components may be connected to bus 916, which may be represented by more than one physical bus. However, the various system components may or may not be in physical proximity to each other. For example, input data and/or output data may be transmitted remotely from one physical location to another. In addition, programs that implement various aspects of this invention may be accessed from a remote location (eg, a server) over a network. Such data and/or programs may be transmitted over any of a variety of computer-readable media, including, but not limited to: magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROM and holographic devices; magneto-optical media; and hardware devices that are specifically configured to store or store and execute program code, such as application specific integrated circuits (ASICs), programmable logic devices (PLDs), flash memory devices, and RAM and ROM devices.

[0075] Варианты осуществления реализации настоящего изобретения могут быть закодированы на одном или более невременных машиночитаемых носителях с инструкциями для одного или более процессоров или блоков обработки, побуждающими выполнение этапов. Следует отметить, что упомянутые один или более невременных машиночитаемых носителей должны включать в себя энергозависимую и энергонезависимую память. Следует отметить, что возможны альтернативные реализации, включая реализацию аппаратным обеспечением или реализацию программным/аппаратным обеспечением. Функции, реализуемые аппаратным обеспечением, могут быть осуществлены с использованием ASIC (одной или более), программируемых матриц, цифровой схемы обработки сигналов или тому подобного. Соответственно, термины "средства" в каких-либо пунктах формулы изобретения подразумевают охват как реализаций программным обеспечением, так и аппаратным обеспечением. Аналогично, используемый здесь термин "машиночитаемый носитель или носители" включает в себя программное обеспечение и/или аппаратное обеспечение, имеющее программу из инструкций, воплощаемую на нем, или их комбинацию. Имея в виду эти альтернативы реализации, следует понимать, что фигуры и сопровождающее описание предоставляют функциональную информацию, которая потребуется специалисту в данной области техники для написания программного кода (то есть программного обеспечения) и/или изготовления схем (то есть аппаратного обеспечения) для выполнения требуемой обработки.[0075] Embodiments of the present invention may be encoded on one or more non-transitory computer-readable media with instructions for one or more processors or processing units causing steps to be performed. It should be noted that said one or more non-transitory computer-readable media should include volatile and non-volatile memory. It should be noted that alternative implementations are possible, including hardware implementation or software/hardware implementation. The functions implemented in hardware may be implemented using (one or more) ASICs, programmable arrays, digital signal processing circuitry, or the like. Accordingly, the terms "means" in any of the claims are intended to cover both software and hardware implementations. Similarly, as used herein, the term "computer-readable medium or media" includes software and/or hardware having a program of instructions embodied thereon, or a combination thereof. With these implementation alternatives in mind, it is to be understood that the figures and the accompanying description provide functional information that a person skilled in the art would need to write program code (i.e., software) and/or manufacture circuits (i.e., hardware) to perform the required processing.

[0076] Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения могут дополнительно относиться к компьютерным продуктам с невременным, материальным машиночитаемым носителем, на котором имеется компьютерный код для выполнения различных реализуемых компьютером операций. Носители и компьютерный код могут быть специально спроектированными и созданными для целей настоящего изобретения или они могут быть вида, известного или доступного для специалистов в соответствующей области техники. Примеры материальных машиночитаемых носителей включают в себя, но не ограничиваются ими: магнитные носители, такие как жесткие диски, гибкие диски и магнитная лента; оптические носители, такие как CD-ROM и голографические устройства; магнитооптические носители; и устройства аппаратного обеспечения, которые специально сконфигурированы для хранения или хранения и выполнения программного кода, такие как специализированные интегральные схемы (ASIC), программируемые логические устройства (PLD), устройства флэш-памяти и устройства ОЗУ и ПЗУ. Примеры компьютерного кода включают в себя машинный код, такой как код, созданный компилятором, и файлы, содержащие высокоуровневый код, выполняемые компьютером с использованием интерпретатора. Варианты осуществления по настоящего изобретения могут быть осуществлены полностью или частично в виде машиновыполняемых команд, которые могут быть в программных модулях, выполняемых устройством обработки. Примеры программных модулей включают в себя библиотеки, программы, порядки действий, объекты, компоненты и структуры данных. В распределенных вычислительных средах программные модули могут быть физически расположены в установках, которые являются локальными, удаленными или обеими.[0076] It should be noted that embodiments of the present invention may further relate to computer products with a non-transitory, tangible, computer-readable medium that contains computer code for performing various computer-implemented operations. The media and computer code may be specially designed and created for the purposes of the present invention, or they may be of a form known or available to those skilled in the art. Examples of tangible computer-readable media include, but are not limited to: magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROM and holographic devices; magneto-optical media; and hardware devices that are specifically configured to store or store and execute program code, such as application specific integrated circuits (ASICs), programmable logic devices (PLDs), flash memory devices, and RAM and ROM devices. Examples of computer code include machine code, such as code generated by a compiler, and files containing high-level code executed by a computer using an interpreter. Embodiments of the present invention may be implemented in whole or in part as computer-executable instructions, which may be in program modules executed by a processing device. Examples of program modules include libraries, programs, procedures, objects, components, and data structures. In distributed computing environments, program modules may be physically located in installations that are local, remote, or both.

[0077] Специалисту в данной области техники будет ясно, что никакая вычислительная система или язык программирования не является критической для практической реализации настоящего изобретения. Специалист в данной области техники также поймет, что ряд вышеописанных элементов может быть физически и/или функционально разделен на подмодули или объединен вместе.[0077] One skilled in the art will appreciate that no computer system or programming language is critical to the practice of the present invention. One of ordinary skill in the art will also appreciate that a number of the elements described above may be physically and/or functionally divided into sub-modules or combined together.

[0078] Специалистам в данной области техники будет ясно, что предыдущие примеры и варианты осуществления являются примерными и не ограничивают объем настоящего раскрытия. Это означает, что все их перестановки, расширения, эквиваленты, комбинации и усовершенствования, которые будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения спецификации и изучения чертежей, включены в рамки подлинной сущности и объема настоящего раскрытия. Следует также отметить, что элементы любых пунктов формулы изобретения могут быть расположены иным образом, включая наличие множественных зависимостей, конфигураций и комбинаций.[0078] Those skilled in the art will appreciate that the previous examples and embodiments are exemplary and do not limit the scope of the present disclosure. This means that all permutations, extensions, equivalents, combinations and improvements, which will be apparent to those skilled in the art upon reading the specification and studying the drawings, are included within the true spirit and scope of this disclosure. It should also be noted that the elements of any claims may be arranged in other ways, including the presence of multiple dependencies, configurations and combinations.

Claims

1. Система подавления засветки лавинного фотодиода, содержащая:1. An avalanche photodiode illumination suppression system, comprising:

первичный лавинный фотодиод (ЛФД), выполненный с возможностью принимать и регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации первым сигналом смещения, причем множественно-возвратный световой сигнал содержит два или более световых импульсов;a primary avalanche photodiode (APD) configured to receive and register a multiple return light signal when activated by the first bias signal, the multiple return light signal comprising two or more light pulses;

вторичный ЛФД, выполненный с возможностью принимать и регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации вторым сигналом смещения;a secondary APD configured to receive and register the multiple-return light signal when activated by the second bias signal;

схему задержки, которая генерирует второй сигнал смещения путем добавления задержки к первому сигналу смещения; иa delay circuit that generates a second bias signal by adding a delay to the first bias signal; and

объединитель, выполненный с возможностью объединять первый выходной сигнал, генерируемый первичным ЛФД в ответ на регистрацию множественно-возвратного светового сигнала, и второй выходной сигнал, генерируемый вторичным ЛФД в ответ на регистрацию множественно-возвратного светового сигнала,a combiner configured to combine the first output signal generated by the primary APD in response to the registration of the multiple return light signal and the second output signal generated by the secondary APD in response to the registration of the multiple return light signal,

причем, если первичный ЛФД насыщается при регистрации первого импульса множественно-возвратного светового сигнала, вторичный ЛФД декодирует второй импульс множественно-возвратного светового сигнала, следующий за первым импульсом.moreover, if the primary APD saturates upon registration of the first pulse of the multiple-return light signal, the secondary APD decodes the second pulse of the multiple-return light signal following the first pulse.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая блок управления стробированием по дальности, выполненный с возможностью управлять схемой задержки.2. The system of claim 1, further comprising a range gate control unit configured to control the delay circuit.

3. Система по п.1, в которой вторичный ЛФД принимает ослабленный сигнал относительно первичного ЛФД.3. The system of claim 1, wherein the secondary APD receives an attenuated signal relative to the primary APD.

4. Система по п.3, в которой вторичный ЛФД позиционируется на другой оптической плоскости, чем первичный ЛФД, так что вторичный ЛФД предназначен принимать меньшую оптическую мощность множественно-возвратного светового сигнала, чем первичный ЛФД.4. The system of claim 3, wherein the secondary APD is positioned on a different optical plane than the primary APD such that the secondary APD is designed to receive less optical power of the multiple return light signal than the primary APD.

5. Система по п.1, дополнительно содержащая усилитель тока, причем второй выходной сигнал вторичного ЛФД содержит выходной ток, и при этом усилитель тока выполнен с возможностью усиливать выходной ток вторичного ЛФД.5. The system of claim 1, further comprising a current amplifier, wherein the second output signal of the secondary APD comprises an output current, and wherein the current amplifier is configured to amplify the output current of the secondary APD.

6. Система по п.5, дополнительно содержащая контроллер усиления, причем первый выходной сигнал первичного ЛФД содержит выходной ток, и при этом контроллер усиления выполнен с возможностью управлять усилителем тока посредством управления инвертированием коэффициента усиления на основе выходного тока вторичного ЛФД и выходного тока первичного ЛФД.6. The system of claim 5, further comprising a gain controller, wherein the first output of the primary APD comprises an output current, and the gain controller is configured to control the current amplifier by gain inversion control based on the output current of the secondary APD and the output current of the primary APD .

7. Система по п.1, дополнительно содержащая оптический детектор с улучшенным разнесением, соединенный с выходом объединителя и выполненный с возможностью генерировать регистрируемый множественно-возвратный сигнал.7. The system of claim 1 further comprising a diversity enhanced optical detector coupled to the output of the combiner and configured to generate a detectable multi-return signal.

8. Система по п.1, содержащая два или более первичных ЛФД, причем вторичный ЛФД обеспечивает резервную поддержку для упомянутых двух или более первичных ЛФД на основе последовательности управления возбуждением для упомянутых двух или более первичных ЛФД.8. The system of claim 1, comprising two or more primary APDs, wherein the secondary APD provides backup support for said two or more primary APDs based on the drive control sequence for said two or more primary APDs.

9. Система по п.1, содержащая два или более первичных ЛФД и два или более вторичных ЛФД.9. The system of claim 1, comprising two or more primary APDs and two or more secondary APDs.

10. Система по п.9, дополнительно содержащая контроллер, выполненный с возможностью выбирать один из упомянутых двух или более первичных ЛФД и один из упомянутых двух или более вторичных ЛФД для регистрации множественно-возвратного светового сигнала.10. The system of claim 9, further comprising a controller configured to select one of said two or more primary APDs and one of said two or more secondary APDs for registering the multiple return light signal.

11. Система по п.1, в которой объединитель осуществляет обработку MIMO (ввода-вывода с отображением в память) с объединением с максимальными коэффициентами усиления.11. The system of claim 1, wherein the combiner performs MIMO (memory mapped input/output) processing with maximum gain combining.

12. Способ подавления засветки лавинного фотодиода, содержащий:12. A method for suppressing the illumination of an avalanche photodiode, comprising:

прием множественно-возвратного светового сигнала на первичном ЛФД, причем множественно-возвратный световой сигнал содержит последовательность импульсов, которые вызывают насыщение первичного ЛФД и генерируют пятно засветки при регистрации;receiving a multiple-return light signal on the primary APD, the multiple-return light signal comprising a train of pulses that saturate the primary APD and generate a light spot upon registration;

прием множественно-возвратного светового сигнала на вторичном ЛФД, причем вторичный ЛФД работает резервным образом относительно первичного ЛФД; иreceiving a multiple-return light signal on the secondary APD, the secondary APD operating in a backup manner relative to the primary APD; and

регистрацию вторичным ЛФД импульсов в множественно-возвратном световом сигнале, которые скрыты в пятне засветки при регистрации первичного ЛФД.registration by the secondary APD of pulses in a multiple-return light signal, which are hidden in the spot of illumination during registration of the primary APD.

13. Способ по п.12, причем имеется оптическое разделение между вторичным ЛФД и первичным ЛФД, и при этом оптическая мощность множественно-возвратного светового сигнала, принятого на вторичном ЛФД, ослаблена относительно оптической мощности множественно-возвратного светового сигнала, принятого на первичном ЛФД.13. The method of claim 12, wherein there is optical separation between the secondary APD and the primary APD, and wherein the optical power of the multiple return light signal received at the secondary APD is attenuated relative to the optical power of the multiple return light signal received at the primary APD.

14. Способ по п.13, в котором, если первичный ЛФД насыщается за счет множественно-возвратного светового сигнала, вторичный ЛФД избегает насыщения вследствие ослабления оптической мощности множественно-возвратного светового сигнала, принятого на вторичном ЛФД. 14. The method of claim 13, wherein if the primary APD saturates with the multi-return light signal, the secondary APD avoids saturation due to attenuation of the optical power of the multi-return light signal received at the secondary APD.

15. Способ по п.12, в котором регистрация множественно-возвратного светового сигнала на первичном ЛФД активируется первым сигналом смещения, а регистрация множественно-возвратного светового сигнала на вторичном ЛФД активируется вторым сигналом смещения, причем второй сигнал смещения задерживается относительно первого сигнала смещения на шаг задержки.15. The method according to claim 12, wherein the registration of the multiple return light signal on the primary APD is activated by the first bias signal, and the registration of the multiple return light signal on the secondary APD is activated by the second bias signal, and the second bias signal is delayed relative to the first bias signal by a step delays.

16. Способ по п.15, в котором шаг задержки представляет собой часть ширины импульсов множественно-возвратного светового сигнала.16. The method of claim 15, wherein the delay step is a fraction of the multiple return light pulse width.

17. Система подавления засветки лавинного фотодиода, содержащая:17. An avalanche photodiode illumination suppression system, comprising:

два или более первичных лавинных фотодиодов, каждый из которых выполнен с возможностью регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации первым сигналом смещения, причем множественно-возвратный световой сигнал содержит два или более импульсов;two or more primary avalanche photodiodes, each of which is configured to register a multiple-return light signal when activated by the first bias signal, and the multiple-return light signal contains two or more pulses;

два или более вторичных ЛФД, каждый из которых выполнен с возможностью регистрировать множественно-возвратный световой сигнал при активации вторым сигналом смещения, причем каждый из упомянутых двух или более вторичных ЛФД выполнен с возможностью работать резервным образом с каждым из упомянутых двух или более первичных ЛФД для выполнения регистрации множественно-возвратного светового сигнала; иtwo or more secondary APDs, each of which is configured to register a multiple-return light signal when activated by a second bias signal, wherein each of said two or more secondary APDs is configured to work in a redundant manner with each of said two or more primary APDs to perform registering a multiple-return light signal; and

контроллер, выполненный с возможностью выбирать один из упомянутых двух или более вторичных ЛФД и один из упомянутых двух или более первичных ЛФД для регистрации множественно-возвратного светового сигнала.a controller configured to select one of said two or more secondary APDs and one of said two or more primary APDs for registering the multiple return light signal.

18. Система по п.17, в которой основание для выбора первичных и вторичных ЛФД определено предварительно.18. The system of claim 17, wherein the basis for selecting primary and secondary APDs is predetermined.

19. Система по п.17, в которой первичные и вторичные ЛФД динамически выбираются на основании информации обработки сигналов для множественно-возвратного светового сигнала.19. The system of claim 17, wherein the primary and secondary APDs are dynamically selected based on signal processing information for the multiple return light signal.

20. Система по п.19, в которой за счет динамического выбора изменяется порядок возбуждения первичных ЛФД.20. The system of claim 19, wherein the dynamic selection changes the firing order of the primary APDs.

21. Система по п.19, в которой за счет динамического выбора регулируется второй сигнал смещения относительно первого сигнала смещения.21. The system of claim 19, wherein the second bias signal is adjusted relative to the first bias signal by dynamic selection.

22. Система по п.19, в которой динамический выбор основан на относительных положениях на фокальной плоскости первичных и вторичных ЛФД.22. The system of claim 19, wherein the dynamic selection is based on the relative positions on the focal plane of the primary and secondary APDs.

23. Система по п.17, в которой выбранный вторичный ЛФД позиционирован вне главной оптической фокальной плоскости выбранного первичного ЛФД, тем самым делая выбранный вторичный ЛФД принимающим ослабленный сигнал относительно выбранного первичного ЛФД.23. The system of claim 17, wherein the selected secondary APD is positioned outside the primary optical focal plane of the selected primary APD, thereby making the selected secondary APD receive an attenuated signal relative to the selected primary APD.