包括具有多次返回能力的像素的基于盖革模式雪崩光电二极管的接收器的LIDAR系统的制作方法

包括具有多次返回能力的像素的基于盖革模式雪崩光电二极管的接收器的lidar系统
技术领域
1.本公开总体上涉及扫描光学测距和检测系统以及方法，并且更具体地，涉及采用盖革模式(geiger-mode)雪崩光电二极管的飞行时间光检测和测距(lidar)系统以及方法。


背景技术：

2.光检测和测距(lidar)系统使得能够测量环境内的一个或多个物体的距离，而不用物理地接触这些物体。飞行时间(tof)lidar通过在第一时间朝向物体发送光脉冲(通常，激光脉冲)，在第二时间检测光脉冲被物体的反射并确定第一时间与第二时间之间的差值来估计从源到物体的范围，该差值表示光往返于物体所需的时间(即，光脉冲的飞行时间)。tof lidar系统对于在诸如无人驾驶汽车、农用设备等之类的许多应用中使用是有吸引力的。


技术实现要素：

3.根据涉及使得在图像帧的每个检测帧期间多像素检测器的每个像素能够检测多个反射的基于盖革模式雪崩光电二极管的lidar系统和方法的本公开的一些方面，在本领域中取得了进步。
4.如同现有技术的系统和方法，根据本公开的实施例使用脉冲激光器和接收器来询问检测区域，该接收器包括其中每个像素包括盖革模式雪崩光电二极管的像素阵列。脉冲激光器将周期性的一系列光脉冲引导到检测区域中，并且接收器在一系列检测帧中的每一个检测帧期间检测来自检测区域内的物体的光脉冲的反射，其中，每个检测帧的开始是基于不同的光脉冲的发射。当光脉冲中的至少一些从检测区域内的物体反射回到检测器的像素时，在该像素的雪崩光电二极管处触发雪崩检测事件，并且基于该光脉冲的发射与雪崩检测事件发生的时间之间的时间(即，反射中包含的一个光子或多个光子的飞行时间)来估计到物体的范围。遗憾的是，在现有技术的tof lidar系统中，一旦在检测帧期间触发了雪崩检测事件，就致使该像素不可用，直到它在下一检测帧开始时被复位。结果，检测器的每个像素在每个检测帧中仅能检测一个反射，并且对于其中已检测到反射的任何检测帧的其余部分是未察觉的。
5.与现有技术的鲜明对比，根据本公开的lidar系统包括接收器，该接收器的像素包括使得每个像素能够在单个检测帧期间检测到超过一个反射(被称为“多次返回能力”(multiple-return capability))的电路。结果，在像素检测到一个反射之后，对于检测帧的其余部分，像素不是未察觉。每个像素中包括的电路使得在每个雪崩检测事件之后能够异步地自动复位其盖革模式雪崩光电二极管，因此它可以被快速去激活以停止雪崩事件，然后重新激活以使得它能够检测另一个反射。每个像素还包括用于保持与在单个检测帧内发生的每个雪崩检测事件相关联的时间戳的多个寄存器，其中，每个时间戳指示lidar系统与接收到反射的物体之间的光脉冲的往返飞行时间。
6.根据本公开的例示性实施例是一种tof lidar系统，该tof lidar系统包括：源，所述源用于朝向检测场发射周期性的一系列光脉冲；接收器，所述接收器用于检测来自检测区域的反射；以及处理器，所述处理器用于将选通信号和控制信号提供到源和接收器，并且基于从接收器接收到的tof数据来估计检测区域中一个或多个物体的范围。
7.接收器包括：像素阵列，在所述像素阵列中每个像素包括用于检测来自检测区域的反射的盖革模式雪崩光电二极管；选通信号控制器，所述选通信号控制器用于响应于反射的吸收而在雪崩检测事件之后自动地将gmapd去激活并重新激活gmapd以使得能够检测后续的反射；tof计数器，所述tof计数器用于追踪光脉冲的发射与光脉冲的反射的检测之间的时间；以及tof寄存器模块，所述tof寄存器模块用于存储与在单个检测帧期间由gmapd检测到的多个反射相关联的tof数据。
8.在一些实施例中，选通信号控制器包括释抑定时器和激活定时器。在检测到雪崩检测事件时，释抑定时器启动gmapd的自动、异步的去激活和淬灭。激活定时器响应于来自释抑定时器的信号而启动gmapd的异步重新激活，或者响应于来自处理器的全局激活信号而启动gmapd的同步激活。
9.在一些实施例中，tof寄存器模块包括两个寄存器组和控制器。一个寄存器组包括用于存储在激活的检测帧期间检测到的反射的飞行时间信息的多个tof寄存器，并且第二组包括用于读出在前一检测帧期间检测到的反射的飞行时间信息的tof寄存器。
10.根据本公开的实施例包括一种光检测和测距(lidar)系统，所述光检测和测距(lidar)系统包括:光源，所述光源用于朝向检测区域发射一系列光脉冲，其中，该一系列光脉冲中的光脉冲是周期性的并按周期t1分开；以及接收器，所述接收器包括多个像素，该多个像素用于在多个检测帧中的每个检测帧期间检测光脉冲的反射，每个检测帧具有基于t1的持续时间并具有基于一系列光脉冲中的不同光脉冲的发射的开始时间，其中，每个像素包括：(i)盖革模式雪崩光电二极管(gmapd)，所述gmapd用于检测来自检测区域的光脉冲的反射；(ii)选通信号控制器，所述选通信号控制器用于激活gmapd，以将其置于盖革模式并将gmapd去激活以使其脱离盖革模式；(iii)计数器，所述计数器用于追踪一系列光脉冲中的光脉冲的发射与一系列光脉冲中的光脉冲的一个或多个反射的检测之间的飞行时间(tof)；(iv)tof寄存器模块，所述tof寄存器模块用于存储与一系列光脉冲中的光脉冲的一个或多个反射相关联的tof数据；其中，lidar系统的特征在于，接收器的每个像素被配置为使得它可操作用于在多个检测帧中的每个检测帧期间检测一系列光脉冲中的每个光脉冲的多个反射。
11.根据本公开的另一实施例是一种用于估计检测区域中的至少一个物体的范围的方法，该方法包括：朝向检测区域发射一系列光脉冲，其中，该一系列光脉冲中的光脉冲是周期性的并按周期t1分开；限定具有持续时间t1的多个检测帧，其中，每个检测帧具有基于一系列光脉冲中的不同光脉冲的发射的开始时间；在多个检测帧中的第一检测帧期间在接收器的第一像素处接收一系列光脉冲中的第一光脉冲的第一反射，其中，第一像素包括第一盖革模式雪崩光电二极管(gmapd)，并且其中，接收到第一反射触发第一雪崩检测事件；将第一gmapd异步地去激活以淬灭第一雪崩检测事件；以及将第一gmapd异步地激活，以响应于在第一检测帧期间接收到一系列光脉冲中的第一光脉冲的第二反射而启动第二雪崩检测事件。
附图说明
12.图1a至图1b描绘了根据现有技术的tof lidar系统的示意图。
13.图2描绘了包括诸如先前在图1a至图1b中示出和描述的tof lidar系统之类的tof lidar系统的接收器的一个像素的代表性图像帧的多个波形的例示性定时图。
14.图3描绘了根据本公开的lidar系统的例示性实施例的示意图。
15.图4描绘了根据例示性实施例的检测器的示意图。
16.图5描绘了根据例示性实施例的检测器像素的功能框图。
17.图6描绘了根据本公开的用于询问(interrogate)检测区域的方法的操作。
18.图7描绘了根据本公开的适于使得像素能够在单个检测帧期间检测多个反射的示例性子方法的子操作。
19.图8描绘了根据子方法700的一个像素404的代表性检测帧的定时图。
20.图9描绘了根据本公开的选通信号(gating-signal)控制器的示例性电路布置。
21.图10描绘了根据例示性实施例的tof寄存器模块的功能框图。
具体实施方式
22.以下仅例示了本公开的原理。因此，将理解的是，本领域的技术人员将能够设计出尽管未在本文中明确描述或示出但实施本公开的原理并被包括在其精神和范围内的各种布置。更具体地，虽然阐述了许多具体细节，但要理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践，并且在其他情形下，为了不混淆对本公开的理解，未示出公知的电路、结构和技术。
23.此外，本文中记载的所有示例和条件语言主要是明确地旨在仅用于教导目的，以帮助读者理解本公开的原理以及由发明人为推进本领域而贡献的构思，并将被解释为不限于这样具体记载的示例和条件。
24.此外，记载了本公开的原理、方面和实施例以及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其结构等同物和功能等同物二者。另外，这种同等物旨在包括当前已知的等同物以及未来开发的等同物(即，开发的执行相同功能的任何元件，而不管结构如何)二者。
25.因此，例如，本领域的技术人员将理解，本文中的示图表示实施本公开的原理的例示性结构的概念视图。
26.另外，本领域的技术人员应该理解，任何流程图表、流程图、状态转换图、伪代码等表示可以基本上在计算机可读介质中表示并因此由计算机或处理器执行的各种处理，无论是否明确示出了这样的计算机或处理器。
27.在其权利要求书中，被表示为用于执行指定功能的部件的任何元件旨在涵盖执行该功能的任何方式，包括例如，a)执行该功能的电路元件的组合或b)因此包括固件、微代码等的任何形式的软件，其结合了用于执行该软件以执行该功能的合适的电路。由这种权利要求书限定的本发明在于以下事实：由各种所记载的部件提供的功能以权利要求书调用的方式组合和聚在一起。因此，申请人认为可以提供与本文中示出的功能等同的这些功能的任何部件。最后，除非本文中另有明确指明，否则附图不是按比例绘制的。
28.以下术语被定义以在包括所附权利要求书的本说明书中使用：
29.·
检测区域-也称为视场，被定义为在图像帧期间被成像的关注的区域；
30.·
图像帧-也称为帧整合时段(持续时间)和数据整合时段(持续时间)，被定义为对检测区域进行成像的时间段。图像帧通常包括多个检测帧；
31.·
检测帧-也称为激光脉冲时段或光脉冲时段，被定义为从发射器发射光脉冲之间的时间段；当参照gmapd激活脉冲之间的时间使用时，通常使用帧时段；
32.·
异步的激活(arming)被定义为像素的盖革模式雪崩光电二极管的激活，独立于多像素接收器的其他像素的盖革模式雪崩光电二极管的激活；
33.·
异步的去激活(disarming)被定义为像素的盖革模式雪崩光电二极管的去激活，独立于多像素接收器的其他像素的盖革模式雪崩光电二极管的去激活；
34.·
多次返回能力被定义为在单个检测帧期间在单独像素处检测同一光脉冲的超过一个反射的能力。
35.通过一些额外的背景，首先注意到，lidar系统和方法的进步使得从业者能够扫描大面积，同时收集数十亿个数据点，每个数据点在局部(相对)坐标系内具有精确的纬度、经度和高度(x,y,z)值。数十亿个数据点的这种聚合被称为点云数据集。从业者随后从点云数据集中提取物体位置，并将该位置信息用于后续决策。
36.图1a至图1b描绘了根据现有技术的tof lidar系统的示意图。系统100是可操作用于收集一个或多个点云数据集以确定围绕它的检测区域的状态的基于gmapd的lidar系统。如图1b中描绘的，系统100通常包括发射器102、接收器104和处理器106。
37.发射器102提供输出信号108，并包括光源118和用于将输出信号108朝向检测区域114引导的发射光学器件120。在操作上，发射器102周期性将包括一系列光脉冲110的询问信号发射到检测区域(或视场)114中。在所描绘的示例中，光源118是响应于来自处理器106的驱动信号而发射表现出周期t1的一系列光脉冲110的二极管激光器。光脉冲110具有适于询问检测区域的波长和强度。通常，光脉冲110的波长在大致900nm至大致2000nm的范围内；然而，本领域中已知其他可使用波长。
38.在每个光脉冲110传播通过检测区域114时，物体116可以将光脉冲的光能的一部分朝向接收器104返回作为反射112。
39.接收器104包括检测器阵列122和用于将反射112向检测器阵列122的元件引导的接收光学器件124。检测器阵列122的每个像素包括盖革模式雪崩光电二极管(gmapd)，当盖革模式雪崩光电二极管被提供等于或大于其击穿电压的偏置电压时(即，当被“激活”时)，盖革模式雪崩光电二极管可以响应于检测到甚至单个光子而迅速生成电信号
–
从而允许亚纳秒精度的光子飞行时间测量。当像素被激活时，它可以检测光脉冲110的低强度反射112，并输出待检测的并随后供处理系统使用的电信号。
40.处理器106是被配置为向发射器102和接收器104提供控制信号、选通信号和定时信号以及从接收器104接收电信号并基于电信号来形成检测区域114的图的处理系统和控制器。通常，处理器106包括用于执行根据本公开的指令的计算机系统、存储器(例如，诸如易失性或非易失性存储器等之类的计算机可读介质)、一个或多个存储设备(例如，闪存、磁盘驱动器、光盘设备、采用磁性、光学或其他记录技术的磁带设备等)、以及可以包括一个或多个发射器、接收器和光学控件、光发射器、光接收器、定时和控制功能、过滤器等的输入/输出结构。处理器106可以是经由一条或多条总线与系统100的其他组件连接的单核或多核处理器。
41.如图1a中所示，系统100可以安装在诸如汽车之类的可移动平台上。虽然在图1a中未具体示出，但这种lidar系统可以安装在包括陆地、海上、空中和/或空间飞船的固定或其他移动平台上。另外，这种平台可以被配置或独立组合，以在大体积上进行扫略或扫描，使得可以形成完整的360度环境视图。
42.图2描绘了包括诸如先前在图1a至图1b中示出和描述的tof lidar系统之类的常规tof lidar系统的接收器的每个像素的代表性图像帧的多个波形的例示性定时图。如在定时图200中看到的，图像帧202包括各自表现出相同的持续时间的多个基本上相同的检测帧204(1)至204(n)。在该例示性示例中，每个检测帧的持续时间等于输出信号108的光脉冲序列的周期t1的持续时间。
43.对于给定的图像帧，每个单独的检测帧204(1)、204(2)、
…
204(n)(统称为检测帧204)具有开始时间t0，开始时间t0与询问信号的各个光脉冲的发射同步。例如，在检测帧204(1)的时间t0发射光脉冲110(1)，在检测帧204(2)的时间t0发射光脉冲110(2)，并且在检测帧204(n)的时间t0发射光脉冲110(n)。注意的是，在一些实施例中，每个检测帧的开始时间可以不同于其各个光脉冲的发射时间，并且检测帧和光脉冲的具体数量可以不同于该例示性示例中示出的数量。
44.在激活时间ta，处理器106向接收器104的所有基于gmapd的像素提供选通信号，其中，选通信号控制使每个gmapd偏置的电压。在所描绘的示例中，选通信号在激活时间ta将基于gmapd的像素的偏置电压从v1升高至v2，其中，v1是比每个gmapd的阈值(即，击穿)电压低的电压，而v2是比阈值电压vt高的电压。结果，将偏置电压升高至v2使像素进入盖革模式，从而激活它们以使得每个像素能够检测光的单个光子的接收。如图2中所示，激活时间ta可以出现在延迟时段的结束处。在所描绘的示例中，在每个检测帧中，该延迟时段非常短，使得激活时间ta仅相对于其在时间t0处的各个光脉冲110的发射略微延迟。在一些情况下，在检测帧中使用较长的延迟时段，使得检测器能够选择性地询问检测区域114的与系统100的距离较远地定位的部分。
45.在操作期间，在整个选通时段206中，选通信号保持高(即，处于v2)，从而使得像素能够在选通时段期间的任何时间检测光子的到达。在去激活时间td，对于接收器104的所有像素，选通时段206结束，在去激活时间td，选通信号减小到阈值电压vt以下至电压v1，由此使接收器104的gmapd去激活。如本领域技术人员将理解和了解的，ta与td之间的时间(即，选通时段的持续时间)通常限定了每个检测帧期间扫描的检测区域114的面积(范围)。在选通信号减小到阈值电压以下时，gmapd中发生的雪崩事件停止(即，雪崩电流淬灭)，由此使得gmapd能够在下一个检测帧的选通时段206的开始处重新激活。
46.如本领域的技术人员将清楚的，通常，略微早于每个检测帧的结束(如图2中所示)，接收器的基于gmapd的像素被去激活，由此限定了释抑(hold-off)时间208，释抑时间208允许gmapd中的陷阱电荷在gmapd不处于盖革模式时去俘获并复合。如本领域的技术人员将了解的，这种释抑时间有利地避免了诸如由于跟随脉冲导致的暗计数之类的虚假雪崩事件。
47.如上所述，像素能够检测在选通时段206期间的任何时间到达的反射112。例如，在检测帧204(1)、204(2)和204(3)中，反射112分别在时间tr1、tr2和trn被接收，从而触发了驱动其输出信号高的像素的gmapd中的雪崩检测事件。
48.应该注意，接收器104的像素以同步方式操作。换句话说，它们在每个检测帧期间同时被激活和去激活。
49.虽然gmapd检测器的操作物理是已知和理解的，但要注意的是，gmapd检测器的使用通常不关注倍增噪声，而是关注检测概率-即，入射光子将产生检测事件的概率。这种概率是量子效率与雪崩概率的乘积，量子效率是光子将在设备的有源区中被吸收的概率，雪崩概率是光电子(或空穴)将引发没有过早终止的雪崩的概率。
50.此外，要注意，盖革模式检测事件没有提供强度信息。由从光子的吸收而得到的自由载流子对的复合产生的电脉冲与由从陷阱电荷的去俘获而得到的自由载流子对的复合、许多光子同时被吸收或随后吸收的光子而产生的电脉冲难以区分。结果，如图2中指示的，一旦雪崩检测事件在检测帧期间由吸收的第一个光子触发，像素的输出信号就保持高，直到gmapd在去激活时间td淬灭-无论后续是否接收到额外的光子。因此，检测器阵列122的每个像素在每个检测帧中仅可以检测到一个反射，而对于该检测帧的其余部分，对额外反射的到达未察觉。结果，较接近系统100的物体可能遮挡或完全隐藏较远的物体。有利地，根据本公开的方法、系统和技术减轻了该问题。
51.图3描绘了根据本公开的lidar系统的例示性实施例的示意图。系统300类似于上述的系统100；然而，系统300包括因被配置为使得可以在任何单个检测帧期间检测来自检测区域114的多个反射而具有多次返回能力的接收器。结果，系统300减轻了检测区域114内的物体的阻挡和/或遮挡。系统300通常包括发射器302、接收器304和处理系统/控制器306。
52.发射器302类似于上述的发射器102，并将一系列光脉冲110发射到检测区域114中。
53.接收器304包括检测器308和用于将反射112引导到检测器308的像素的接收光学元件124。
54.处理系统/控制器306(下文中被称为处理器306)类似于上述处理器106；然而，处理器306还被配置为使得其能够接收每个检测帧内的多个反射的tof数据，并基于tof数据来形成检测区域114的图。
55.图4描绘了根据例示性实施例的检测器的示意图。检测器308由检测器阵列122和读出集成电路(roic)310共同定义，并包括像素阵列402和多个串行数据读出器406。在所描绘的示例中，像素阵列402是包括gmapd 502和相关联的roic电路的基本相同的像素404的二维阵列，其中，像素以1
×
512列排列，以实现每个输出通道64个像素和8个输出通道，该输出通道的输出数据424经由单独的串行数据输出器406读出。
56.如以下更详细讨论的，每个像素404是可配置的，使得它可以检测光脉冲110的一个或多个反射112，存储与在各个检测帧期间接收到的多个反射相关联的飞行时间(tof)信息，并将tof信息提供到处理器306。
57.如图4中指示的，像素阵列402从处理器306接收多个全局信号，每个全局信号被提供到每个像素404。具体地，在所描绘的示例中，像素阵列402接收包括触发信号408、全局激活410、全局去激活412、主时钟414、主时钟启用416、单独串行数据时钟418、全局释抑时间420和全局激活时间422的全局信号。在一些实施例中，全局信号408至422中的至少一个由诸如roic 310中包括的一个或多个控制器电路、与处理器306和像素阵列402中的每一个可操作地耦接的专用控制器等之类的除了处理器306之外的电路元件提供到像素阵列402。
58.图5描绘了根据例示性实施例的具有多次返回能力的检测器像素的功能框图。像素404包括gmapd 502、选通信号控制器504、tof计数器506和tof寄存器模块508。
59.选通信号控制器504是可操作用于控制gmapd 502是否处于盖革模式的电子电路模块。选通信号控制器504基于apd信号510以及从处理器306接收到的一对全局信号(即，全局释抑时间420和全局激活时间422)来控制gmapd 502的状态。选通信号控制器504被配置为使得它可以在gmapd 502处检测雪崩检测事件，使雪崩迅速淬灭，并将gmapd重新激活。结果，包括选通信号控制器使得能够在同一检测帧期间通过单个像素检测多个反射。
60.tof计数器506可操作用于保持主时钟414上的时钟周期的运行计数。tof计数器506经由主时钟启用416在每个检测帧开始时复位。
61.tof寄存器模块508包括多个tof寄存器和用于每次在检测帧中在gmapd 502处检测到反射112时将tof计数器506的计数存储在不同的tof寄存器中的控制电路，由此使得能够登记在单个检测帧期间在gmapd 502处接收到的多个反射112中的每一个的飞行时间信息。tof寄存器模块508经由数据输出信号516向处理器306提供所存储的在单个检测期间检测到的每个反射112的tof数据。
62.在单个检测帧期间检测在像素处接收到的多个反射并且存储每个反射的tof信息的能力提供了根据本公开的实施例的优于现有技术的tof lidar系统的显著优点。为了例示这些优点中的一些，这里呈现了用于检测像素404处的一个或多个反射的示例性方法。应该注意，本文中描述的实施例和方法仅展示了本公开的范围内的一些方法，并且无数替代系统和方法在该范围内。
63.图6描绘了根据本公开的用于询问检测区域的方法的操作。方法600从操作601开始，其中，发射器102朝向检测区域114发射输出信号108。如在上述系统100中一样，在所描绘的示例中，输出信号108包括表现出周期t1的n个光脉冲(即，光脉冲110-1至110-n)的周期序列。本文中继续参考图3至图5和图7至图10描述方法600。
64.在操作602中，对于每个检测帧802(i)(其中，i＝1至n)，每个像素404被启用以在每个检测帧802(i)内检测来自检测区域114的一个或多个反射112。应该注意，检测帧802(1)至802(n)共同定义了类似于图像帧202的图像帧。
65.图7描绘了根据本公开的适于使得像素能够在单个检测帧期间检测多个反射的示例性子方法的子操作。
66.图8描绘了根据子方法700的一个像素404的代表性检测帧的定时图。
67.在子操作701中，处理器306向像素404提供获取触发信号408。如在定时图800中描绘的，在开始时间t0，针对检测帧802(i)提供获取触发信号408。在所描绘的示例中，获取触发信号408与光脉冲110到检测区域114的发射同步；然而，不需要这种同步。应该注意，触发信号408是提供到检测器308的每个像素404的全局信号。
68.在子操作702中，在时间t1，处理器306向选通信号控制器504提供全局激活410上的电脉冲。作为响应，选通信号控制器提供选通信号512上的电脉冲，这使gmapd 502激活以将其置于盖革模式。在所描绘的示例中，如上所述，时间t1类似于激活时间ta；因此，gmapd 502基本上在与每个光脉冲110被发射的同时激活。然而，应该注意，这些动作可以在不同的时间执行。应该注意，全局激活410也是提供到检测器308的每个像素404的全局信号。
69.全局激活410上的电脉冲的生成限定了期间gmapd 502可以可操作以用于检测反
射112的范围选通(range gate)804的开始。
70.在子操作703中，如图8中看到的，在时间tr-1，在gmapd 502处接收到第一反射112-1。接收到反射112-1引起雪崩检测事件，该雪崩检测事件导致apd信号510上的电脉冲。本领域的技术人员将认识到，可以在检测帧802(i)内的任意时间在gmapd 502处接收到反射。
71.apd信号510被引导到选通信号控制器504、tof计数器506和tof寄存器模块508。
72.在子操作704中，响应于apd信号510上的电脉冲，时间tr-1处的tof计数器506的值被捕获，并被存储在tof寄存器模块508中的第一tof寄存器中作为tof数据514-1。tof数据514-1用作反射112-1的tof时间戳。
73.在子操作705中，响应于apd信号510上的电脉冲，选通信号控制器504通过将选通信号512减小到阈值电压vt以下，在时间t2去激活gmapd 502。在所描绘的示例中，选通信号控制器504使gmapd 502在释抑时间806内保持去激活，释抑时间806的持续时间由全局释抑时间420和全局激活时间422限定。应该注意，优选的是保持全局激活时间尽可能短，以使在激活时段期间由雪崩引起的过度串扰最小化。还应该注意，时间tr-1与t2之间的延迟通常非常短，同时按与上述释抑时间208类似的方式并且相对于系统100，释抑时间806的持续时间被选择以减轻由于gmapd 502的跟随脉冲而导致的假计数。
74.在子操作706中，选通信号控制器504通过将选通信号512的电平增大至gmapd的阈值vt以上来在释抑时间806结束时(即，在时间t3)将gmapd 502重新激活。
75.然后，重复子操作703至706的功能序列，以检测后续反射112-2至112-m，其中，m是在选通时段804期间入射到gmapd 502上的反射112的总数。
76.例如，如图8中描绘的，在任意时间tr-2，在gmapd 502处接收到第二反射112-2，这引起导致apd信号510上的第二电脉冲的第二雪崩检测事件。时间tr-2处的tof计数器506的值被捕获作为tof数据514-2，并被存储在tof寄存器模块510中的不同的tof寄存器中作为反射112-2的tof时间戳。然后，gmapd 502在时间t4再次淬灭，并在释抑时间806后在时间t5重新激活。
77.在所描绘的示例中，在检测帧802(i)期间，在像素404处仅检测到两个反射112(即，m＝2)。然而，本领域的技术人员应该清楚，在不脱离本公开的范围的情况下，m可以具有从0至n的任何值。实际上，m的值仅受tof寄存器模块508中包括的tof寄存器的数量、范围选通804的持续时间和减轻由于gmapd 502中的跟随脉冲导致的假计数所需的释抑时间806的长度的限制。在所描绘的示例中，n＝3，范围选通804大致为2微秒，并且释抑时间806大致为0.5微秒。
78.在子操作707中，处理器306在时间t6向选通信号控制器504提供全局去激活412，这限定了范围选通804的结束。作为响应，选通信号控制器通过将选通信号512减小到阈值电压vt以下来去激活gmapd 502。通常，时间t6略微早于检测帧802(i)的结束，由此为像素阵列的所有像素404建立释抑时间808。类似上述的保持时间208，释抑时间808允许gmapd中的陷阱电荷在下一个检测帧开始之前去俘获并复合，由此有利地避免诸如由于跟随脉冲导致的暗计数之类的虚假雪崩事件。
79.在全局去激活412的生效后，任何进行中的释抑时间806终止。
80.应该注意，类似上述接收器104的像素，接收器308的所有像素404分别经由全局激
活410和全局去激活412在每个范围选通804开始时同步地激活而在每个范围选通804结束时同步地去激活。然而，在每个像素内包括选通信号控制器504使得每个像素能够在范围选通804内被去激活、淬灭并重新激活几次，而独立于接收器308内的任何其他像素404的操作。换句话说，像素404被配置为使得它们可以在每个检测帧802的范围选通期间被异步地去激活并异步地重新激活。
81.现在返回方法600，在操作603中，tof数据514-1至514-m被读出到处理器306作为数据输出516。通常，响应于在时间t6处全局去激活412的生效，读出tof数据。
82.在操作604中，处理器306计算在检测区域114中识别到的任何物体116的范围，其中，基于从每个像素404接收到的数据输出信号516来估计这种物体的范围。
83.图9描绘了根据本公开的选通信号控制器的示例性电路布置。选通信号控制器504包括释抑定时器902、激活定时器904、偏置控制器906以及常规的求和节点908-1和908-2。
84.释抑定时器902是追踪主时钟414上的时钟周期的常规可编程数字计数器。响应于接收到apd信号510上的电脉冲，释抑定时器902在基于全局释抑时间420的释抑时段内将释抑信号910保持为低。全局释抑时间420通常是从处理器306接收的或者被存储在roic 310中包括的配置寄存器中。释抑定时器902被包括在像素404中，以在雪崩检测事件之后的时间段内保持gmapd 502处于去激活状态，以允许其有源区中的陷阱电荷在gmapd重新激活之前复合。因此，包括释抑定时器902减轻了由于一个或多个像素404中的跟随脉冲而在系统300中产生的假警报。
85.激活定时器904是被配置为向偏置控制器906提供激活信号912的常规可编程数字计数器。激活定时器904在释抑定时器902的释抑时段期满时或者在全局激活410的生效时使激活信号912生效，从求和节点908-1接收释抑定时器902处的释抑时段期满或者全局激活410的生效的组合。激活定时器904的激活时段是基于全局激活时间422，全局激活时间422通常由处理器306提供或者被存储在roic 310中包括的配置寄存器中。
86.偏置控制器906是被配置为经由选通信号512控制施加到gmapd502的偏置电压的电路。偏置控制器906从激活定时器904接收激活信号912，并从求和节点908-2接收去激活信号914。去激活信号914是apd信号510与全局去激活412的组合，使得这些信号中的一个或二个的生效引起去激活信号914的生效。
87.偏置控制器906响应于激活信号912的生效而将gmapd 502激活，并响应于去激活信号914的生效而将gmapd去激活。
88.选通信号控制器504被配置为使得响应于(1)全局去激活412的生效或者(2)在gmapd 502处检测到反射112而将gmapd 502去激活，检测到反射112引起apd信号510上的电脉冲。响应于检测到反射，释抑定时器902启动释抑时间806，以确保由反射的吸收而启动的雪崩检测事件完全淬灭，并且在将gmapd重新激活之前，基本上所有的陷阱电荷变为被释放。可替换地，响应于全局去激活412，释抑定时器不启动释抑时间，但在全局去激活信号的持续时间内，直接淬灭被施加到gmapd。这通常在范围选通序列的结束时施加，以在检测帧802的结束时使像素阵列402的所有gmapd成为去激活状态。
89.选通信号控制器504还被配置为使得响应于(1)全局激活410的生效或者(2)在释抑定时器902的释抑时段期满后自动地将gmapd 502置于盖革模式。
90.应该注意，如图9中描绘的，选通信号控制器504仅是本公开的范围内的适当配置
的一个示例。
91.图10描绘了根据例示性实施例的tof寄存器模块的功能框图。tof寄存器模块508包括tof寄存器组1002a和1002b、控制器1004和串行输出多路复用器1006。
92.tof寄存器组1002a和1002b(下文中称为组1002a和1002b)中的每一个包括基本上相同的tof寄存器1008-1至1008-n(统称为tof寄存器1008)。
93.组1002a和1002b与控制器1004可操作地耦接，使得当前检测帧的tof数据可以被读入到组1002a和1002b中的一个中，而另一个组保持来自前一检测帧的tof数据。
94.组1002a和1002b还与串行输出多路复用器1006可操作地耦接，这使得存储在它们的寄存器中的tof数据能够被串行读出到处理器306作为数据输出516。
95.控制器1004是用于接收来自tof计数器506的tof数据514并将tof数据存储在tof寄存器组1002a和1002b中的一个中的电路控制器。控制器1004被配置为在捕获和读出之间进行组1002a和1002b的功能交换，由此启用“读取时整合”能力。换句话说，tof寄存器模块508可以从前一检测帧读出tof数据，而同时当前检测帧的tof数据正在被存储。组1002a和1002b的捕获和读出功能由组选择信号1010控制。
96.串行输出多路复用器1006是常规串行外围接口(spi)，如由来自控制器1004的组选择信号1010确定的，串行输出多路复用器1006可操作用于串行读出存储在组1002a和1002b中的一个的tof寄存器1008中的tof数据。
97.应该注意，如图10中描绘的，tof寄存器模块508仅是本公开的范围内的tof寄存器模块的适当配置的一个示例。例如，在一些实施例中，在tof寄存器模块508中仅包括一个tof寄存器组。在一些实施例中，在tof寄存器模块508中包括超过两个tof寄存器组。
98.要理解，本公开仅教导了本发明的实施例的一些示例，并且在阅读了本公开之后，本领域的技术人员可以容易地设想到本发明的许多变型，并且本发明的范围将由随附权利要求书确定。