專利名稱：具有可活動抑制的光子敏感元件、尤其spad的光子探測器、以及具有這種光子探測器的距 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有至少一個可活動抑制的(paralysierbaren)光子敏感元件的一種光子探測器，其中該光子敏感元件比如可以利用一種SPAD (Single Photon Avalanche Diode ；Einzelphotonenlawineddiode ；單光子雪崩二極管)來構(gòu)造。另外本發(fā)明還涉及具有這種光子探測器的距離測量設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知有如下的距離測量設(shè)備，其把時間調(diào)制的光束在目標(biāo)對象的方向上對準(zhǔn)，其中應(yīng)該確定該目標(biāo)對象到該測量設(shè)備的距離，并且該距離測量設(shè)備至少部分地探測從所針對的目標(biāo)對象反射或散射返回的光線并將其用于確定要測量的距離。典型的測量范圍在此處于從幾厘米至幾百米的距離范圍內(nèi)。為了能夠測量至目標(biāo)對象的距離，可以確定從該測量設(shè)備向該目標(biāo)對象發(fā)送并在返回之后在該測量設(shè)備中所探測到的光子的傳播時間，并由此確定所期望的距離。比如可以發(fā)送短的光脈沖，并測量光脈沖從發(fā)送直至探測到之間的傳播時間。代替地可以對光束在其強度上進(jìn)行時間調(diào)制，比如光強的周期性調(diào)制，并利用在發(fā)送的與探測的光信號之間的相位偏移，以確定傳播時間并從而確定至目標(biāo)對象的距離。激光距離測量的原理以比如利用激光束強度的連續(xù)調(diào)制的術(shù)語“Time of Flight Ranging，飛行時間”而眾所周知。為了能夠良好地探測從目標(biāo)對象返回的光線以及尤其其時間調(diào)制，并且為了能夠在需要的情況下與背景光線相區(qū)分，采用具有特殊特性的光探測器、其在此也稱作光子探測器，可能是有利的。比如已開發(fā)了如下的距離測量設(shè)備，其中借助SPAD來探測返回的光線。SPAD可以實現(xiàn)非常良好的探測敏感性，直至探測到單個的光子。與其輸出信號是模擬的并且輸出信號的強度與入射的光強相關(guān)的許多其他光探測器相反，SPAD可以提供具有很大程度上相同強度脈沖的數(shù)字信號，其中每個脈沖都表示探測到一個光子，并從而由SPAD 所提供的數(shù)字信號再現(xiàn)光子計數(shù)率。SPAD用作光探測器所具有的可能的優(yōu)點可能是，SPAD 可以與CMOS技術(shù)兼容地來制造，并從而能夠造價合理地比如集成在用于測量信號分析的集成電路中。當(dāng)然已注意到，采用SPAD來探測返回光線的距離測量設(shè)備尤其在極度光線強烈的測量條件下不能提供足夠可靠的測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
可能需要一種距離測量設(shè)備或一種適合這種測量設(shè)備的光子探測器，其允許在不同的光線情況下進(jìn)行可靠的距離確定或光子探測。已注意到，所確定的光子敏感元件、諸如SPAD在一光子投射之后在可能處于比如 1至IOOns范圍內(nèi)的某一靜止時間(Totzeit)不能重新激活。在這種情況下也可談及可活動抑制響應(yīng)特性。比如在圖4中示意性所示(見曲線101)，由一個單個的SPAD所確定的計數(shù)率在吸收光子率微小的情況下大致與光子吸收率成比例。當(dāng)然該計數(shù)率在光子吸收率約小于該SPAD的靜止時間倒數(shù)1/τ時開始飽和。在更高的光子吸收率時該計數(shù)率甚至可能下降，因為在其從之前的一個探測事件完全恢復(fù)之前，在這種高光子吸收率下該SPAD已經(jīng)再次被觸發(fā)，從而幾個探測事件不再一定通過單個探測信號來信號通知，而是該SPAD可以提供延長的輸出信號，這可對應(yīng)于該SPAD的一個延長的靜止時間?？苫顒右种频奶綔y器諸如SPAD的效率從而可能在高光子流情況下急劇下降，尤其一旦由該SPAD所吸收的光子率相對于該SPAD的靜止時間倒數(shù)變大時。本發(fā)明的想法所基于是，基于前述的優(yōu)點把可活動抑制的光子敏感元件、諸如 SPAD用作光子探測器，并且另外還給該光子探測器構(gòu)造有光子透射元件，其中該光子透射元件構(gòu)造用于改變通過該光子透射元件透射的并投射到該光子敏感元件上的光子強度。所述光子強度在此可以理解為每單位時間投射到該光子敏感元件的探測面上的光子率(Rate von Wwtonen)，以fnT2來表示。代替地所述光子強度也可以理解為所照射光功率與每面積的直接關(guān)系，以瓦πΓ2來表示。為了改變通過該光子透射元件所透射的光子強度，該光子透射元件可以構(gòu)造用于改變它的光子吸收特性。比如可能是有利的是在光路中在該光子敏感元件之前設(shè)置一個光子透射元件，其吸收特性可以有源(aktiv)或無源(passiv)地被改變，從而投射到該光子探測器的光必須首先穿過該光子透射元件，并在那里被部分吸收，然后以可能降低的光子強度而投射到該光子敏感元件上。該吸收特性在此可以通過光子透射元件的整個平面、 優(yōu)選均勻地變化。 代替地，該光子透射元件也可以實施為孔徑光闌或可變光闌。通過可變光闌的相應(yīng)開或閉可以改變所透射的光子強度。也就是說，作為可變光闌而構(gòu)造的光子透射元件的吸收特性隨著可變光闌的當(dāng)前調(diào)節(jié)而變化。該光子透射元件也可以構(gòu)造用于通過散焦來降低所透射的光子強度。也就是說， 光子透射元件可以如此來構(gòu)造，使得所透射的光線有目的地被散焦，也即比如所透射光束的截面有目的地被擴展，以如此來降低光子強度，也即每面積上所投射光子的數(shù)量。在必要時光甚至如此強烈地散焦，使得進(jìn)入該光子探測器中的光子實際不再全部投射到該光子敏感元件上。如此來構(gòu)造該光子探測器，使得通過該光子透射元件所透射并投射到該光子敏感元件上的光子強度根據(jù)投射到該光子透射元件上的光子強度而變化，這可能是有利的。也就是說，比如該光子透射元件的吸收特性或散焦特性可以根據(jù)所照射的光子強度而變化。 比如該光子透射元件可以在照射高光子強度下比在低光子強度下更強烈地吸收或更強地散焦。這樣，通過事先由該光子透射元件合適地降低從外部投射到該光子探測器的光子強度，投射到該可活動抑制的光子敏感元件上的光子強度可以與該光子敏感元件的特性相匹配。通過改變通過該光子透射元件所透射并投射到該光子敏感元件上的光子強度而有助于該可活動抑制的光子敏感元件的光子計數(shù)率的最大化，這尤其可能是有利的。比如可能有利的是在非常高的光子強度的情況下，如其比如由于非常強的背景光線而在測量時可能出現(xiàn)的那樣，借助該光子透射元件如此來降低投射到該光子敏感元件上的光子強度，使得該光子敏感元件一方面被照射足夠的光，以保持大的信噪比，但另一方面不投射太多的光線，因為否則該光子敏感元件的計數(shù)率可能由于其可活動抑制的特性而再次下降， 并從而可能降低該光子探測器的整體效率。該光子透射元件可以構(gòu)造用于無源地根據(jù)投射到該光子透射元件上的光子強度來改變所透射的光子強度。“無源”在此意味的是，可以放棄有源調(diào)節(jié)和/或放棄透射性光子透射元件的能量供應(yīng)，并且其可以替代地自動改變它的光學(xué)特性。比如該光子透射元件可以利用一種光致變色材料來構(gòu)造，其在光線照射下本身變色，從而投射的光子強度越高， 吸收越高。對此代替地或者補充地，該光子探測器也可以另外具有一個光子強度測量裝置和一個控制裝置，并構(gòu)造用于借助該控制裝置有源地根據(jù)由該光子強度測量裝置所測量的光子強度來改變通過該光子透射元件所透射的光子強度。該光子強度測量裝置在此比如可以作為單獨的光傳感器來構(gòu)造，其測量投射的光強并把一個相應(yīng)的測量信號續(xù)傳到該控制裝置，該控制裝置于是相應(yīng)地控制該光子透射元件?；蛘咴摴庾犹綔y器的光子敏感元件本身也可以用作光子強度測量裝置，以把說明所照射光子強度的測量信號傳導(dǎo)到該控制裝置，從而該控制裝置可以相應(yīng)地控制該光子透射元件，并從而該光子傳感器能夠關(guān)于投射到該光子敏感元件的光子強度來進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。比如可以實施第一測量并確定計數(shù)率。該光子透射元件的吸收于是可以進(jìn)行變化，并實施第二測量。該第二測量的計數(shù)率然后可以與該第一測量相比較，選擇較高的并從而迭代地確定該光子透射元件的最佳或足夠好的調(diào)節(jié)。比如可以如此來實現(xiàn)對該光子透射元件的光學(xué)特性的有源影響，即該光子透射元件利用液晶來構(gòu)造。該光子透射元件在這種情況下可以稱作為可變液晶衰減元件 ("variable liquid crystal attenuator，可變液晶衰減器”)。代替地可以相應(yīng)地將具有不均勻透射和吸收特性的不同過濾器插入或轉(zhuǎn)入該光子探測器的光路中。比如可以將由吸收材料構(gòu)成的楔不同距離地插入該光子探測器內(nèi)的光程中，從而在該吸收楔中由照射的光子所經(jīng)歷的光學(xué)路徑長度可以進(jìn)行變化，并從而能夠相應(yīng)地調(diào)節(jié)所透射的光子強度。代替地可以在該光程中設(shè)置以上下重疊的電介質(zhì)層形式、與電介質(zhì)鏡類似的光學(xué)元件，并通過改變光學(xué)元件與射線途徑的角度由該光學(xué)元件來相應(yīng)地影響反射或透射。作為其他的代替方案，也可以采用可相對旋轉(zhuǎn)的極化過濾器來作為可調(diào)節(jié)的光子透射元件?？梢詥为毜鼗蛳嗷ソM合地來實現(xiàn)對光子透射元件光學(xué)特性的有源或無源影響的前述可能性。該光子透射元件可以作為該光子探測器中可活動抑制的光子敏感元件的附加組成部分來構(gòu)造，并包含有一個或多個部件。代替地該光子透射元件也可以與該光子探測器中總歸具有的一個或多個光學(xué)部件一起來構(gòu)造。比如位于該光子探測器光學(xué)光程中的光學(xué)部件可以構(gòu)造有在其透射上可變化的層、比如由自我上色的材料來構(gòu)造的層。這樣就可以省略例如過濾器的附加機械支架，并從而降低了復(fù)雜性、構(gòu)造尺寸和成本。也可以考慮在探測器-芯片組中設(shè)置過濾器?？傊景l(fā)明的一個觀點是，在可活動抑制的光子敏感元件之前設(shè)置光學(xué)衰減元件散焦元件，其中該衰減/散焦元件可以根據(jù)光子強度來降低入射到該光子敏感元件上的光子數(shù)量?？苫顒右种频墓庾用舾性驮谄渫干渲锌勺兊墓庾油干湓倪@種組合可以在高光學(xué)強度的范圍內(nèi)大大提高所探測光子的數(shù)量，其方式是，大大減弱入射的光強并從而能夠偏移可活動抑制探測器的最佳工作范圍。同時該布置可以在低光強的范圍中將信號損失保持為微小，其方式是，在光強微小的情況下僅致使對投射光線進(jìn)行微小的光學(xué)減弱。在測量光學(xué)信號時，信噪比通常隨著投射光子的數(shù)量增加而上升，其中所述光子在探測器上被探測，也即形成探測信號。在可活動抑制探測器的情況下存在一個區(qū)域，在該區(qū)域中光強的增加可能導(dǎo)致所探測光子的數(shù)量下降，如在圖4中右側(cè)所示的圖可看出的那樣。在該區(qū)域中信噪比可能增大，其方式是，投射在該可活動抑制探測器上的光子強度被有目的地減弱。如果所述的光子探測器比如被應(yīng)用在一個距離測量設(shè)備中、有時也稱作激光距離測量設(shè)備，以光學(xué)測量到目標(biāo)對象的距離，那么該距離測量設(shè)備的功能大多與信噪比緊密相關(guān)。根據(jù)所述的光子探測器的特性，從而該距離測量設(shè)備的工作范圍可以擴展到較高的光強，并從而提高了信噪比(SNR)。這尤其可以有利于動態(tài)范圍的擴大，比如對于在亮的陽光下或在暗的房間內(nèi)進(jìn)行測量時。另一方面，可能在測量時間不變的情況下可達(dá)到測量值靜態(tài)精確度的提高，或者在靜態(tài)精確度不變的情況下可達(dá)到必要的測量時間的縮短。本發(fā)明的可能的觀點、優(yōu)點和擴展已在前文中參照本發(fā)明的各個的實施方式進(jìn)行了闡述。說明、所屬附圖以及權(quán)利要求包含有許多組合特征。專業(yè)人員把這些特征、尤其不同實施例的特征也單獨地考慮，并組合成有意義的其他組合。


下面參照附圖來闡述本發(fā)明的實施例以及其中所包含的分觀點。附圖僅僅是示意性的，并且不是真正按比例的。在附圖中相同的或類似的參考符號表示相同的或類似的元件。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的具有無源運行光子透射元件的光子探測器。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的具有無源受控光子透射元件的光子探測
ο圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的具有有源受控散焦的光子探測器。圖4示出了不同探測器類型的與吸收光子率相關(guān)的計數(shù)率圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的用于光學(xué)距離測量的距離測量設(shè)備。
具體實施例方式圖1示出了光子探測器1，其中在機殼3中設(shè)置有一個可活動抑制的光子敏感元件5和一個光子透射元件7。從外部投射的光束11穿過窗口 9進(jìn)入機殼3中，并首先投射到該光子透射元件7上。該光子透射元件7在此是一個至少部分透明的、由光致變色材料構(gòu)成的光學(xué)部件，其中該材料在較高光強下具有較高的光吸收。光致變色材料的一個例子可以是菲并吡喃(Phenanthropyran)。由此能夠?qū)崿F(xiàn)，即使入射光束11應(yīng)具有非常高的光強，通過該光子透射元件7所透射的、最終投射到該可活動抑制的光子敏感元件5上的光束 13也不具有過高的光子強度。由該光子敏感元件5所探測的結(jié)果在輸出15上被輸出。在所示的實施例中，該可活動抑制的光子敏感元件借助一個SPAD來構(gòu)造。利用由 PDPCPhoton Detection I^robability，光子探測概率)所描述的概率，投射到該SPAD上的光子觸發(fā)二極管的雪崩擊穿，其中該雪崩擊穿可以在輸出上作為脈沖而被探測。在擊穿之后該SPAD必須再次被預(yù)加壓，以能夠?qū)α硪还庾用舾?，也即能夠生成另一探測脈沖。該SPAD不能重新被激勵的時間被稱作靜止時間τ。如果在達(dá)到為生成探測脈沖所需的預(yù)加壓閾值之前，由于該SPAD的充電過程或恢復(fù)過程而投射的光子產(chǎn)生了另一雪崩擊穿，那么該靜止時間就可延長。該探測器可被活動抑制。在假定波松分布條件下由具有靜止時間τ的一個可活動抑制的光子敏感元件在時間間隔△ T期間所能探測的光子的數(shù)量k可以描述為
Κ=ΔΤ·Ν·βχρ|-Ν·τ)
其中N是吸收的光子率。圖4中曲線101示出了與吸收光子率有關(guān)的可活動抑制探測器的計數(shù)率特性。對于可活動抑制探測器，所探測的光子的數(shù)量具有一個最大值，該最大值在所示的曲線101 中處于約25MHz處。吸收光子率的進(jìn)一步提高降低了所探測光子的數(shù)量。在該轄區(qū)、也即在該活動抑制區(qū)域中運行時，其中在該活動抑制區(qū)域中由于非常高的光子強度至少發(fā)生光子敏感元件的部分活動抑制，投射到該光子敏感元件5上的透射光線13的光子強度的降低可能導(dǎo)致可探測的光子數(shù)量的增大。在計數(shù)事件的最大值附近，由光子透射元件7所引起的投射光子強度的降低也可以被利用，以增大該光子探測器的動態(tài)范圍。可以通過該光子透射元件7來選擇如此大大地降低光子強度，使得該光子敏感元件5總是運行于該活動抑制區(qū)域之下，從而其能夠被用于強度測量。該計數(shù)結(jié)果在此不再必須與入射光束11的光強成比例，但仍然能夠?qū)崿F(xiàn)短時光強波動的探測，比如在照射在強度上時間周期調(diào)制的測量光線11時其可以出現(xiàn)在激光距離測量設(shè)備中。在圖4中的曲線103示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光子探測器的理想化特性。 在吸收光子率低時，比如在低于IOMHz的區(qū)域中，該光子探測器具有線性的響應(yīng)特性。在約 IOMHz至約25MHz的范圍中該光子探測器的響應(yīng)特性開始飽和。而常規(guī)的可活動抑制的光子敏感元件在吸收光子率更高的情況下還具有減少的計數(shù)率，如在曲線101中所示，在根據(jù)本發(fā)明的光子探測器中，借助可變的光子透射元件，可以達(dá)到在高吸收光子率下也總是僅僅如此多的光子投射到該光子敏感元件上，使得其大致在最佳的工作點中被運行。也就是說，該光子透射元件可以如此被調(diào)節(jié)，使得所透射的光平均具有約20-30MHZ的光子率。 所照射的光子強度的短時波動在此優(yōu)選地沒有由該光子透射元件來補償，從而這種短時的強度波動可以繼續(xù)由該光子敏感元件來探測。僅僅出于比較目的，在圖4中還用曲線107再現(xiàn)了一個理想的線性響應(yīng)特性，并用曲線105再現(xiàn)了具有靜止時間τ的非可活動抑制的光子敏感元件的響應(yīng)特性。圖2示出了光子探測器的一個可替選實施方式f。在所透射的光束13中設(shè)置了一個小的反射鏡17，該反射鏡把所透射光線的一部分偏轉(zhuǎn)到比如以常規(guī)光敏感二極管形式的一個光子強度測量裝置19上。由該二極管所測量的光子強度被引導(dǎo)到一個控制或調(diào)節(jié)裝置21，該控制裝置于是對該光子透射元件T在其所透射的光子強度方面進(jìn)行有源控制或調(diào)節(jié)。該光子透射元件在此可以作為部分透明的、可變的液晶衰減元件來構(gòu)造，其中可以視由該控制裝置21所提供的信號而定地來調(diào)節(jié)光線傳輸特性。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的光子探測器的可替選擴展廣。在該情況中該光子透射元件T、借助兩個相對可偏移的透鏡23、25而構(gòu)造用于或多或少程度地聚焦所透射的光束13。視該控制裝置21的控制而定，從而所照射的光11穿過該光子透射元件 ”而聚焦到該光子敏感元件5”的或多或少大的子平面上，并從而改變所投射的光子強度。在圖5中以示意的方式示出了利用最重要的部件來進(jìn)行光學(xué)距離測量的一種根據(jù)本發(fā)明的距離測量設(shè)備210，以闡述其功能。該距離測量設(shè)備210具有機殼211，在該機殼中設(shè)置有用于發(fā)送光學(xué)測量射束213 的光子源212以及用于探測從目標(biāo)對象215返回的測量射束216的光子探測器214。該光子源212包含有一個光源，其在所示的實施例中通過一個半導(dǎo)體激光二極管 218來實現(xiàn)。該激光二極管218以人眼可見光束222的形式發(fā)送一個激光束220。該激光二極管218為此通過一個控制設(shè)備2M而被運行，該控制設(shè)備通過相應(yīng)的電子裝置來產(chǎn)生該激光二極管218的電輸入信號219的時間調(diào)制。通過二極管電流的這種調(diào)制，能夠?qū)崿F(xiàn)對該光學(xué)測量射束213同樣以所期望的形式在其強度上進(jìn)行時間調(diào)制，其中該測量射束被用于距離測量。該激光射束220接著穿過以物鏡2 形式的一個準(zhǔn)直光學(xué)裝置226，其在圖5中以簡化的方式以單個透鏡的形式示出。該物鏡2 在該實施例中可選地位于一個調(diào)節(jié)模擬裝置(Verstellmimik) 232上，其中該調(diào)節(jié)模擬裝置原則上能夠在全部三個空間方向上來改變該物鏡的位置，比如出于調(diào)整目的。但該準(zhǔn)直光學(xué)裝置2 或者也可以已經(jīng)是該激光二極管218的組成部分或者與其相固定連接。穿過該物鏡2 之后，獲得了該測量射線213的、以近似平行光束237形式的比如幅度調(diào)制的信號，其中該光束沿著該光子源212的光軸238而傳播。在該光子源212中此外還可以具有一個優(yōu)選可開關(guān)的射線偏轉(zhuǎn)器M0，其如此來構(gòu)造，以把該測量射線213完全或部分地繞過該目標(biāo)對象215直接地、也即在設(shè)備內(nèi)部偏轉(zhuǎn)到該接收裝置214上。這樣就可以生成設(shè)備內(nèi)部的參照段M2，該參照段構(gòu)造用于該測量裝置的校準(zhǔn)以及平衡。如果利用該測量裝置210來實施距離測量，那么該測量射線213就穿過在該測量裝置210前壁245中的光學(xué)窗口 244而離開該測量裝置的機殼211。比如可以通過快門M6 來保證該光學(xué)窗口 244的打開。為了進(jìn)行真正的測量，該距離測量裝置210然后被對準(zhǔn)一個目標(biāo)對象215，其中應(yīng)該確定該目標(biāo)對象至該測量裝置210的距離M8。在所期望的目標(biāo)對象215上所反射或散射的信號216以返回射束249或250的形式形成了返回的光學(xué)測量射線216，其某一部分再次返回到該測量裝置210中。通過該測量裝置10前壁245上的入射窗口 M7，返回的測量射線216輸入耦合到該測量裝置210中，并然后如圖5所示投射到一個接收光學(xué)裝置252上。在圖5中為了說明示例地示出兩個不同目標(biāo)對象距離248的兩個返回的測量射束 249及250。對于大的對象距離，其中大可以解釋為相對于接收光學(xué)裝置252的焦距而言是大的，從該目標(biāo)對象215返回的光學(xué)測量射線216近似平行于光子探測器214的光軸251 而入射。這種情況在圖5的實施例中通過該測量射束249來表示。隨著對象距離的變小， 在該距離測量設(shè)備中入射的返回測量射線216由于視差而相對于該光子探測器14的光軸 251傾斜得越來越大。作為這種返回測量射束的例子，在圖5中在該距離測量設(shè)備的鄰近區(qū)域中示出了該射束250。在圖5中同樣僅示意地通過一個單個透鏡來表示的該接收光學(xué)裝置252把返回的測量射線216的射束聚焦到在該光子探測器214中所設(shè)置的光子敏感元件5的探測面66上。該接收光學(xué)裝置252在此利用一種光致變色材料來構(gòu)造，使得視所投射的光強而定地不同程度地著色，從而該接收光學(xué)裝置252同時還可以行使該光子透射元件7的任務(wù)。該光子敏感元件5具有至少一個光敏SPAD以探測光學(xué)測量射束。通過在該探測面266中所設(shè)置的一個或多個SPAD，其中這些SPAD可單個地或成組組合地在像素中成矩陣狀布置并與分析裝置236相連接，入射的返回測量射線216被轉(zhuǎn)換為電信號255，并被傳輸至該分析裝置236中的其他分析單元。該電信號255在此由于SPAD的固有特性而可以看作為數(shù)字信號，該信號再現(xiàn)投射到該探測面266的相應(yīng)像素上的光子的脈沖序列。由單個SPAD或SPAD組合所生成的探測信號可以被傳輸給在該分析裝置236中所包含的一個或多個距離確定裝置。距離確定裝置可以累加探測信號，并由此生成一個信號，該信號對應(yīng)于投射到相應(yīng)SPAD上的光信號或光強的與時間有關(guān)的強度。通過把該信號與一個激勵信號相聯(lián)系，其中該激勵信號表明了由該光子源所發(fā)射的光子率的時間變化曲線，就可以推斷從該光子源至該目標(biāo)對象并再次返回到該光子探測器的光子飛行時間。如果該光子源對所發(fā)送的光線比如進(jìn)行正弦狀周期調(diào)制，那么就可以由在所發(fā)送的和所探測的測量射線之間的相位差來確定飛行時間。由所確定的飛行時間就可以最終推斷至該目標(biāo)對象的距離。
權(quán)利要求
1.光子探測器(1)，具有可活動抑制的光子敏感元件(5)，以及光子透射元件(7)，其中該光子探測器(1)構(gòu)造用于改變通過該光子透射元件(7)所透射的并投射到該光子敏感元件上的光子強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子探測器，其中該光子透射元件(7)構(gòu)造用于通過吸收來降低所透射的光子強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光子探測器，其中該光子透射元件(7)構(gòu)造用于通過散焦來降低所透射的光子強度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的光子探測器，其中該光子探測器(1)構(gòu)造用于根據(jù)投射到該光子透射元件(7)上的光子強度來改變通過該光子透射元件(7)所透射的并投射到該光子敏感元件上的光子強度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的光子探測器，其中該光子探測器(1)構(gòu)造用于通過改變通過該光子透射元件(7)所透射的并投射到該光子敏感元件上的光子強度來促使該可活動抑制的光子敏感元件(5)的光子計數(shù)率的最大化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的光子探測器，其中該光子透射元件(7)構(gòu)造用于無源地根據(jù)投射到該光子透射元件(7)上的光子強度來改變所透射的光子強度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的光子探測器，另外還具有光子強度測量裝置(19)和控制裝置(21)，其中該光子探測器(1)構(gòu)造用于借助該控制裝置(21)有源地根據(jù)由該光子強度測量裝置(19)所測量的光子強度來改變所透射的光子強度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的光子探測器，其中該光子透射元件(7)利用光致變色材料來構(gòu)造。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的光子探測器，其中該光子透射元件(7)構(gòu)造有關(guān)于其開孔截面可變的可變光闌。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的光子探測器，其中該光子透射元件(7)利用液晶來構(gòu)造。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的光子探測器，其中該可活動抑制的光子敏感元件 (5)構(gòu)造有至少一個SPAD。
12.用于測量至目標(biāo)對象(215)的距離的距離測量設(shè)備(210)，具有光子源(212)，用于向該目標(biāo)對象(215)發(fā)送光子；根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的用于探測從該目標(biāo)對象(215)返回的光子的光子探測器(1);分析裝置(236)，用于基于光子的傳播時間來確定距離。
全文摘要
本發(fā)明推薦了一種光子探測器(1)，其除了可活動抑制的光子敏感元件(5)之外還具有光子透射元件(7)。該光子探測器構(gòu)造用于比如通過改變該光子透射元件(7)的吸收特性或散焦特性來改變由該光子透射元件(7)所透射的并投射到該光子敏感元件(5)上的光子強度。這樣該可活動抑制的光子敏感元件就可以總是在最佳工作區(qū)域附近并在可活動抑制區(qū)域之下被運行，其中該光子敏感元件比如可以作為SPAD(SinglePhotonAvalancheDiode；單光子雪崩二極管)來構(gòu)造。另外本發(fā)明還闡述了具有這種光子探測器的一種距離測量設(shè)備。
文檔編號G01S7/489GK102576071SQ201080040240
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者A.艾塞勒, B.施米特克, O.沃爾斯特 申請人:羅伯特·博世有限公司