本公開涉及一種光子設(shè)備，并且進(jìn)一步涉及一種多功能光子測距設(shè)備，用于確定到目標(biāo)的距離或者目標(biāo)的其他特性。

背景技術(shù)：

當(dāng)前的光子測距設(shè)備限于其所最優(yōu)化于的單一應(yīng)用。例如這些應(yīng)用可以包括單一區(qū)域或多區(qū)域測距系統(tǒng)。進(jìn)一步，這些單一區(qū)域或多區(qū)域測距系統(tǒng)可以被分為短距離(例如，0cm-30cm)以及較長距離(例如，從30cm開始)探測系統(tǒng)。取決于應(yīng)用，光源的輸出必須以滿足這種應(yīng)用的方式來進(jìn)行控制。這就固有地使得設(shè)備不宜用于可替換的應(yīng)用。

例如，光子測距設(shè)備應(yīng)用可以用飛行時(shí)間來確定在反射的目標(biāo)和設(shè)備之間的距離。在飛行時(shí)間中，光脈沖被發(fā)射并且被目標(biāo)反射回到感測器。光行進(jìn)到目標(biāo)并且被反射回到感測器上所用的時(shí)間可以用來基于已知的光速確定目標(biāo)和設(shè)備之間的距離。

光子設(shè)備和飛行時(shí)間計(jì)算可以在其中知曉目標(biāo)和設(shè)備之間的距離是有用的應(yīng)用中得到實(shí)施。一個(gè)例子是并入了觸摸屏的移動(dòng)電話。在這個(gè)應(yīng)用中，當(dāng)接聽或者撥打電話時(shí)，為了將耳朵放置于揚(yáng)聲器的附近，用戶的部分臉頰可能觸碰到觸摸屏。在通話期間，觸摸屏應(yīng)當(dāng)對(duì)用戶的臉頰沒有響應(yīng)從而防止意外的掛斷?？梢詧?zhí)行飛行時(shí)間計(jì)算從而確定這就是該情況并且禁用觸摸屏。

然而這種設(shè)備可能并不優(yōu)化或者設(shè)計(jì)用于其中需要更長距離探測的應(yīng)用。例如為了使用相同的移動(dòng)電話中的光子設(shè)備從而確定目標(biāo)離開移動(dòng)電話的運(yùn)動(dòng)并且由此啟用對(duì)移動(dòng)電話的手勢(shì)控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，提供了一種方法，包括：在設(shè)備內(nèi)生成至少兩個(gè)分離且離散的波長；基于至少兩個(gè)分離且離散的波長和多波長衍射光學(xué)元件之間的相互作用生成至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布，由此至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布可以被用來從被目標(biāo)反射的光來探測目標(biāo)。

至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布可以是空間上不同的。

該方法可以進(jìn)一步包括利用收集器透鏡收集反射光，反射光來自從目標(biāo)反射回的至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布中的至少一個(gè)。

該方法可以進(jìn)一步包括利用返回陣列探測經(jīng)收集的反射光。

返回陣列可以包括SPAD陣列。

利用收集器透鏡收集反射光可以包括利用多波長衍射光學(xué)元件將至少兩個(gè)分離且離散的波長中的一個(gè)聚焦在返回陣列的第一部分上并且至少兩個(gè)分離且離散的波長中的另一個(gè)聚焦在返回陣列的第二部分上來收集反射光。

返回陣列的第一部分可以與返回陣列的第二部分相離散。

該方法可以進(jìn)一步包括對(duì)收集的反射光進(jìn)行濾波，從而返回陣列相對(duì)于至少兩個(gè)分離且離散的波長中的一個(gè)而獨(dú)立地探測到至少兩個(gè)分離且離散的波長中的另一個(gè)。

該方法可以進(jìn)一步包括：從利用返回陣列探測的經(jīng)收集的反射光確定飛行時(shí)間估計(jì)；并且基于來自利用返回陣列探測的經(jīng)收集的反射光的飛行時(shí)間估計(jì)來確定設(shè)備和目標(biāo)之間的距離。

該方法可以進(jìn)一步包括：確定利用返回陣列探測的經(jīng)收集的反射光和參考信號(hào)之間的相位差；并且基于相位差確定設(shè)備和目標(biāo)之間的距離。

在設(shè)備內(nèi)生成至少兩個(gè)分離且離散的波長可以包括利用分離的發(fā)光二極管生成至少兩個(gè)分離且離散的波長中的每一個(gè)。

在設(shè)備內(nèi)生成至少兩個(gè)分離且離散的波長可以包括利用至少一個(gè)激光二極管生成至少兩個(gè)分離且離散的波長中的每一個(gè)。

利用至少一個(gè)激光二極管生成至少兩個(gè)分離且離散的波長中的每一個(gè)可以包括利用多波長垂直腔面發(fā)射激光器生成每個(gè)波長。

根據(jù)第二方面提供一種光子設(shè)備，其包括：至少一個(gè)光源，配置用于生成至少兩個(gè)分離且離散的波長；多波長衍射光學(xué)元件，配置用于基于至少兩個(gè)分離且離散的波長和多波長衍射光學(xué)元件之間的相互作用生成至少兩個(gè)分離的光強(qiáng)度分布，由此至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布可以被用來從被目標(biāo)反射的光來探測目標(biāo)。

至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布可以是空間上不同的。

該光子設(shè)備可以進(jìn)一步包括收集器透鏡，配置用于收集反射光，反射光來自從目標(biāo)反射回的至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布中的至少一個(gè)。

該光子設(shè)備可以進(jìn)一步包括返回陣列，配置用于探測收集的反射光。

該返回陣列可以包括SPAD陣列。

該收集器透鏡可以是多波長衍射光學(xué)元件，配置用于將至少兩個(gè)分離且離散的波長中的一個(gè)聚焦在返回陣列的第一部分上并且至少兩個(gè)分離且離散的波長中的另一個(gè)聚焦在返回陣列的第二部分上。

返回陣列的第一部分可以與返回陣列的第二部分相離散。

該光子設(shè)備可以進(jìn)一步包括圖案化的濾波器陣列，配置用于對(duì)收集的反射光進(jìn)行濾波，從而返回陣列配置用于相對(duì)于至少兩個(gè)分離且離散的波長中的一個(gè)而獨(dú)立地探測到至少兩個(gè)分離且離散的波長中的另一個(gè)。

該光子設(shè)備可以進(jìn)一步包括處理器，配置用于從利用返回陣列探測的經(jīng)收集的反射光確定飛行時(shí)間估計(jì)，并且其中該處理器進(jìn)一步配置用于基于來自利用返回陣列探測的經(jīng)收集的反射光的飛行時(shí)間估計(jì)來確定設(shè)備和目標(biāo)之間的距離。

該光子設(shè)備可以進(jìn)一步包括處理器，配置用于確定利用返回陣列探測的經(jīng)收集的反射光和參考信號(hào)之間的相位差，并且其中該處理器進(jìn)一步配置用于基于相位差確定設(shè)備和目標(biāo)之間的距離。

至少一個(gè)光源可以包括至少兩個(gè)發(fā)光二極管，其中至少兩個(gè)發(fā)光二極管中的每一個(gè)配置用于生成相應(yīng)的分離且離散的波長。

至少一個(gè)光源可以包括至少一個(gè)激光二極管，其中至少一個(gè)激光二極管配置用于生成分離且離散的波長。

至少一個(gè)激光二極管可以是多波長垂直腔面發(fā)射激光器。

根據(jù)第三方面，提供一種裝置，其包括：用于在設(shè)備內(nèi)生成至少兩個(gè)分離且離散的波長的裝置；用于生成至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布的裝置，由此至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布可以被用來從被目標(biāo)反射的光來探測目標(biāo)。

用于生成至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布的裝置可以包括多波長衍射光學(xué)元件并且其中至少兩個(gè)強(qiáng)度分布可以基于至少兩個(gè)分離且離散的波長和多波長衍射光學(xué)元件之間的相互作用來生成。

至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布可以是空間上不同的。

該裝置可以進(jìn)一步包括用于收集反射光的裝置，反射光來自從目標(biāo)反射回的至少兩個(gè)光強(qiáng)度分布中的至少一個(gè)。

該裝置可以進(jìn)一步包括用于探測經(jīng)收集的反射光的裝置。

用于探測經(jīng)收集的反射光的裝置可以是返回陣列。

返回陣列可以包括SPAD陣列。

用于收集反射光的裝置可以包括多波長衍射光學(xué)元件，以將至少兩個(gè)分離且離散的波長中的一個(gè)聚焦在返回陣列的第一部分上并且將至少兩個(gè)分離且離散的波長中的另一個(gè)聚焦在返回陣列的第二部分上。

返回陣列的第一部分可以與返回陣列的第二部分相離散。

該裝置可以進(jìn)一步包括用于對(duì)收集的反射光進(jìn)行濾波的裝置，由此用于探測收集的反射光的裝置相對(duì)于至少兩個(gè)分離且離散的波長中的一個(gè)而獨(dú)立地探測到至少兩個(gè)分離且離散的波長中的另一個(gè)。

該裝置可以進(jìn)一步包括：用于從探測的經(jīng)收集的反射光確定飛行時(shí)間估計(jì)的裝置；以及用于基于來自探測的經(jīng)收集的反射光的飛行時(shí)間估計(jì)來確定設(shè)備和目標(biāo)之間的距離的裝置。

該裝置可以進(jìn)一步包括：確定探測的經(jīng)收集的反射光和參考信號(hào)之間的相位差；并且基于相位差確定設(shè)備和目標(biāo)之間的距離。

用于在設(shè)備內(nèi)生成至少兩個(gè)分離且離散的波長的裝置可以包括用于生成至少兩個(gè)分離且離散的波長中的每一個(gè)的分離的發(fā)光二極管。

用于在設(shè)備內(nèi)生成至少兩個(gè)分離且離散的波長的裝置可以包括用于生成至少兩個(gè)分離且離散的波長中的每一個(gè)的至少一個(gè)激光二極管。

至少一個(gè)激光二極管可以是用于生成每個(gè)波長的多波長垂直腔面發(fā)射激光器。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中：

圖1為示出了已知光子設(shè)備的示例的示意圖；

圖2為示出了例如圖1中示出的已知光子設(shè)備的示例操作的示意圖；

圖3為示出了雙色源光子設(shè)備的示例的示意圖；

圖4為示出了帶有濾波的返回陣列的雙色源光子設(shè)備的示例的示意圖；

圖5為示出了如圖3和圖4所示出的雙色源光子設(shè)備的示例強(qiáng)度分布的示意圖；

圖6為示出了多色源光子設(shè)備的示例的示意圖；并且

圖7為描繪了與實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的方法步驟的流程圖。

具體實(shí)施方式

如在此所描述的實(shí)施例中的概念通過從單一、固態(tài)設(shè)備產(chǎn)生不同的照明布置從而克服了對(duì)于光子設(shè)備的單一應(yīng)用的限制。

參照?qǐng)D1，示出了已知的光子設(shè)備100。在下面的示例中，設(shè)備的方向?yàn)槭沟门c來自光子設(shè)備100的發(fā)射光相互作用的目標(biāo)在設(shè)備“上方”。方向“上方”應(yīng)當(dāng)被解釋為在發(fā)射光的路徑上位于與光子設(shè)備的相對(duì)位置上。光子設(shè)備100包括殼體，其可以為固態(tài)的殼體，在其中可以形成或者放置后面所描述的組件。例如，光子設(shè)備100可以包括相干光源或者半相干光源101。相干光源可以為激光二極管(LD)，例如垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。進(jìn)一步，半相干光源101的例子可以是發(fā)光二極管(LED)。光源可以具有限定的頻率或者波長分布。光子設(shè)備100可以進(jìn)一步包括位于光子設(shè)備100的表面處并且在光源101“上方”的衍射光學(xué)元件103。衍射光學(xué)元件103可以配置為使得來自光源101的光從光子設(shè)備100發(fā)射。進(jìn)一步，衍射光學(xué)元件103可以配置為與由光源101生成的光進(jìn)行相互作用從而生成限定的光學(xué)分布(或者換句話說限定在其內(nèi)來自光源的光被發(fā)射并且在其外不發(fā)射光的立體角)。

所發(fā)射的光可以接著被位于設(shè)備“上方”的目標(biāo)反射。反射的光可以向下被引導(dǎo)并且回到光子設(shè)備100。光子設(shè)備100可以進(jìn)一步包括收集器透鏡105，其配置用于使得從目標(biāo)反射并且入射在收集器透鏡上的光聚焦在返回陣列107之上。收集器透鏡為放置在感測器陣列上方以引導(dǎo)光到感測器陣列之上的透鏡，這些光否則會(huì)繞過感測器。

光子設(shè)備100可以進(jìn)一步包括返回陣列107。返回陣列107可以是任何適合的光學(xué)感測器，配置為生成關(guān)于探測的反射光的電子信號(hào)。在一些實(shí)施例中，返回陣列為單光子雪崩二極管(SPAD)陣列。SPAD陣列可以用作反射光的探測器。大體上，SPAD陣列可以作為感測器而提供從而探測反射的光脈沖。光子可以通過光電效應(yīng)在二極管中生成載流子，例如電子或空穴。載流子可以在SPAD陣列的SPAD中的一個(gè)中觸發(fā)雪崩電流。雪崩電流可以信號(hào)通知事件，也就是說光的光子已經(jīng)被探測到了。

SPAD元件的一個(gè)例子包括光電二極管，p-類型MOSFET以及NOT門。

在圖1中示出的光子設(shè)備因此配置為由衍射光學(xué)元件103的特性以及由光源101發(fā)射的單一波長所限定的固定且恒定的空間內(nèi)照明圖案。

如圖1所示出的光子設(shè)備100的操作的一個(gè)例子進(jìn)一步在圖2中詳細(xì)示出。圖2例如示出了發(fā)射由光線108示出的單一波長(或者基本上具有離散且限定的波長范圍)的光的光源101。光線108被示出為通過衍射光學(xué)元件103，其在目標(biāo)106上被反射，返回通過收集器透鏡105并且入射在返回陣列107上。

返回陣列107可以耦合到處理器201，其配置為接收返回陣列107的輸出。處理器201可以例如為時(shí)間到距離變換器，其配置用于基于光的發(fā)射和光的接收之間的時(shí)間差來確定目標(biāo)106和光子設(shè)備100之間的距離。

處理器201在一些實(shí)施例中可以配置為控制或者觸發(fā)控制著光源101輸出光的驅(qū)動(dòng)器。

如果已知光在設(shè)備和目標(biāo)之間行進(jìn)所用的時(shí)間，則可以計(jì)算光子設(shè)備和目標(biāo)之間的距離。在飛行時(shí)間(ToF)應(yīng)用中，設(shè)備中的光發(fā)射器可以發(fā)射光脈沖并且設(shè)備的感測器可以探測到從遠(yuǎn)處的目標(biāo)反射回來后的脈沖。光脈沖發(fā)射的時(shí)間和反射光被探測到的時(shí)間可以用于確定光脈沖行進(jìn)到遠(yuǎn)處的目標(biāo)并且返回所用的時(shí)間。利用光速常數(shù)c，可以計(jì)算出遠(yuǎn)處的目標(biāo)和包括發(fā)射器/感測器的設(shè)備之間的距離。

用于ToF的光發(fā)射器或光源101可以被驅(qū)動(dòng)器所驅(qū)動(dòng)。為了發(fā)射光脈沖，可以從控制器處理器201將觸發(fā)器(信號(hào))提供到發(fā)射器驅(qū)動(dòng)器從而觸發(fā)脈沖。響應(yīng)于觸發(fā)器，驅(qū)動(dòng)器可以開啟并且接著準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)來自光源101的脈沖輸出。

直接飛行時(shí)間(ToF)方法利用了窄脈沖激光器，其具有測量在傳輸和第一光子接收之間的時(shí)間差的時(shí)間-數(shù)字變換器(TDC)。通常地，采用“反向模式”，其中TDC測量時(shí)間的后面部分，即，從第一光子接收到下一個(gè)脈沖傳輸?shù)臅r(shí)間。這個(gè)方案將系統(tǒng)的活躍性最小化到僅在光子被探測到的場合，并且因此良好地匹配于諸如熒光壽命成像顯微(FLIM)的嚴(yán)格控制的、低光子通量水平和醫(yī)療的應(yīng)用。

進(jìn)一步，在一些實(shí)施例中，處理器201可以配置為執(zhí)行相位提取方法?？梢詫?shí)施用于確定目標(biāo)距離的相位提取方法，因?yàn)槠淞己玫剡m于利用現(xiàn)有光電二極管技術(shù)執(zhí)行普適的距離方程(generalized range equation)計(jì)算的系統(tǒng)。相位提取方法對(duì)于背景環(huán)境光條件來說同樣魯棒，并且可以適于允許變化的照明器調(diào)制波形(即，正弦或方形)。相位提取方法進(jìn)一步可以在鄰近探測應(yīng)用中返回陣列為SPAD陣列的情形中進(jìn)行實(shí)施。相位提取方法可以例如將探測的信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較。參考信號(hào)可以為虛擬的或者在不同感測器陣列上的另一個(gè)受控的探測的信號(hào)。

諸如上面所描述的之前描述的系統(tǒng)被設(shè)計(jì)并且限于其所最優(yōu)化于的單一應(yīng)用。例如這些應(yīng)用可以包括單一區(qū)域測距系統(tǒng)或者多區(qū)域測距系統(tǒng)。此外，這些單一區(qū)域測距系統(tǒng)和多區(qū)塊測距系統(tǒng)可以被劃分為短距離(例如，0cm-30cm)以及較長距離(例如，從30cm開始)探測系統(tǒng)。取決于應(yīng)用，光源的輸出必須以滿足這種應(yīng)用的方式來進(jìn)行控制。這就固有地使得設(shè)備對(duì)于備選的應(yīng)用而言并非最優(yōu)。

例如，當(dāng)在接聽或者撥打電話時(shí)探測用戶的部分臉頰靠近或者觸碰到電話的觸摸屏。在這種應(yīng)用中，當(dāng)“臉頰目標(biāo)”接近或者觸碰屏幕時(shí)針對(duì)單一短距離探測最優(yōu)化目標(biāo)探測，但是拒絕當(dāng)用戶的手指在通話期間碰觸到屏幕時(shí)的情境。

參照?qǐng)D3，描述了用以克服這些問題的固態(tài)設(shè)備的示例性實(shí)施例。在圖3示出的例子中，示出了雙色源光子設(shè)備300。雙色源光子設(shè)備300包括第一光源301₁，配置用于生成具有第一發(fā)射波長λ₁的光源。設(shè)備300進(jìn)一步包括第二光源301₂，配置用于生成具有第二發(fā)射波長λ₂的光。第一光源發(fā)射波長λ₁與第二光源發(fā)射波長λ₂分離且不同。在這里示出的例子中，第一光源和第二光源為具有分離且不同的發(fā)射波長的分離的LD或LED元件。然而在一些實(shí)施例中，固態(tài)設(shè)備可以包括雙波長LD或者LED。例如在一些實(shí)施例中，雙波長激光二極管可以是雙波長垂直腔面發(fā)射激光陣列，配置用于生成具有第一發(fā)射波長λ₁與第二光源發(fā)射波長λ₂的光源。

雙色源光子設(shè)備300進(jìn)一步包括多波長衍射光學(xué)元件303。多波長衍射光學(xué)元件303位于光源上方，在一些實(shí)施例中配置用于與光源301₁、301₂生成的光波長進(jìn)行相互作用。在一些實(shí)施例中，多波長衍射光學(xué)元件303形成了不同的光強(qiáng)度分布或者圖案。例如當(dāng)被兩個(gè)光源(或者配置為生成兩個(gè)發(fā)射波長的單一光源)照射時(shí)多波長衍射光學(xué)元件(MWDOE)303產(chǎn)生三個(gè)強(qiáng)度分布(或者每立體角能量圖案)。每個(gè)波長由MWDOE進(jìn)行操作因此針對(duì)每個(gè)波長的輸出強(qiáng)度分布為任意的并且較其他的波長強(qiáng)度圖案為獨(dú)特的。設(shè)備可以使用的可獲得的強(qiáng)度圖案為與λ₁相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₁)給出的強(qiáng)度圖案、與λ₂相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₂)給出的強(qiáng)度圖案以及兩個(gè)輸出強(qiáng)度的組合φ(λ₁)+φ(λ₂)。

在一些實(shí)施例中，多波長衍射光學(xué)元件303形成了共同的光強(qiáng)度分布或圖案。例如當(dāng)被兩個(gè)光源(或者配置為生成兩個(gè)發(fā)射波長的單一光源)照射時(shí)多波長衍射光學(xué)元件(MWDOE)303針對(duì)兩個(gè)波長產(chǎn)生相同的強(qiáng)度照明分布。設(shè)備可以使用的可獲得的強(qiáng)度圖案為與λ₁相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₁)給出的強(qiáng)度圖案、與λ₂相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₂)給出的強(qiáng)度圖案，其中φ(λ₁)＝φ(λ₂)。

這種MWDOE組件的設(shè)計(jì)是已知的。例如用于設(shè)計(jì)這種組件的方法可以從Caley,A.J.,A.J.Waddie和M.R.Taghizadeh的"A novel algorithm for designing diffractive optical elements for two colour far-field pattern formation"，Journal of Optics A:Pure and Applied Optics 7.6(2005):S276找到。

衍射光學(xué)元件非常依賴于波長，MWDOE可以設(shè)計(jì)為使得其配置用于針對(duì)發(fā)射器波長的寬范圍生成相同的強(qiáng)度分布。換句話說，MWDOE可以設(shè)計(jì)為針對(duì)在包括λ₁的頻帶內(nèi)的波長生成第一強(qiáng)度圖案，以及針對(duì)在包括λ₂的頻帶內(nèi)的波長生成第二強(qiáng)度圖案。如上所描述的，第一強(qiáng)度圖案和第二強(qiáng)度圖案可以不同φ(λ₁)≠φ(λ₂)或者相同φ(λ₁)＝φ(λ₂)。

以之前參照光子設(shè)備100、200所描述的方式，從MWDOE發(fā)射的光強(qiáng)度分布可以被分布內(nèi)的合適的目標(biāo)反射并且返回到雙色源光子設(shè)備300。

雙色源光子設(shè)備300進(jìn)一步包括收集器透鏡305。收集器透鏡305可以配置為使得從目標(biāo)反射并且入射到收集器透鏡上的光聚焦在返回陣列307上。如之前所描述的收集器透鏡可以是放置在感測器陣列上方的透鏡從而將光導(dǎo)向到感測器陣列上，該光否則會(huì)錯(cuò)失感測器。

在一些實(shí)施例中收集器透鏡305為折射透鏡。

在一些實(shí)施例中收集器透鏡為多波長衍射光學(xué)元件。多波長衍射光學(xué)元件放置在返回陣列上方并且配置為與從目標(biāo)反射的光波長進(jìn)行相互作用。在一些實(shí)施例中，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡形成不同的光強(qiáng)度分布或圖案并且由此將不同的波長聚焦在返回陣列的不同位置或地點(diǎn)或部分之上。例如當(dāng)被兩個(gè)光源照射從目標(biāo)反射回來時(shí)，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡可以配置為生成將形成在返回陣列上的分離的圖像，每個(gè)來自相應(yīng)分離的波長。

在一些實(shí)施例中，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡形成共同的光強(qiáng)度分布或圖案。換句話說，當(dāng)被從目標(biāo)反射的光照射時(shí)，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡針對(duì)兩個(gè)波長產(chǎn)生相同的強(qiáng)度照明分布并且由此配置為將反射光聚焦在返回陣列307的相同或者相似部分。

雙色源光子設(shè)備300進(jìn)一步包括返回陣列307。返回陣列307可以是SPAD陣列諸如實(shí)施在如圖1和圖2所示出的單一源光子設(shè)備100內(nèi)。

參照?qǐng)D4，示出了又一個(gè)雙色源光子設(shè)備，其中返回陣列為濾波的返回陣列407。濾波的返回陣列407可以從應(yīng)用在SPAD陣列上或者上方的圖案化的濾波器陣列來形成。圖案化的濾波器陣列可以由空間上分離的多個(gè)依賴于電磁波長的帶通濾波器來形成。帶通濾波器被調(diào)諧為通過波長λ₁或λ₂中的任一個(gè)。

可代替地，濾波的返回陣列407可以從施加到SPAD陣列之上或者上方的雙帶通濾波器來形成。雙帶通濾波器被調(diào)諧至波長λ₁和λ₂。在一些實(shí)施例中濾波器可以是兩部分濾波器，其具有配置用于通過波長λ₁和λ₂中的較低者的第一低通濾波器部分，和配置用于通過波長λ₁和λ₂中的較高者的第二高通濾波器部分。

在一些實(shí)施例中濾波器為干涉濾波器。然而在一些實(shí)施例中濾波器可以是吸收濾波器或者混合的干擾濾波器和吸收濾波器。

在一些實(shí)施例中，圖案化的濾波器陣列可以實(shí)施為像素水平的濾波器。

在實(shí)施返回陣列之前的濾波器時(shí)，有可能基于同時(shí)來自兩個(gè)不同的波長的反射信號(hào)來推斷或者確定信息。

參照?qǐng)D5，示出了針對(duì)由圖3和圖4示出的雙色源光子設(shè)備生成的兩個(gè)波長(或頻帶)的橫截面分布。在這個(gè)例子中，示出了雙色源光子設(shè)備300、400，其配置用于生成與λ₁相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₁)給出的強(qiáng)度分布501₁，與λ₂相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₂)給出的強(qiáng)度分布501₂以及兩個(gè)輸出強(qiáng)度分布的組合φ(λ₁)+φ(λ₂) 501。

如此光子設(shè)備300、400可以實(shí)施在允許設(shè)備被使用在靈活范圍的環(huán)境中的應(yīng)用內(nèi)。例如在其中MWDOE針對(duì)不同波長生成不同強(qiáng)度分布并且由此可以生成如圖5所示出的強(qiáng)度分布的實(shí)施例中，設(shè)備可以被采用于允許近場目標(biāo)探測和遠(yuǎn)場目標(biāo)探測二者的應(yīng)用中并且被采用于針對(duì)距設(shè)備為寬范圍距離的區(qū)域探測中。在其中MWDOE針對(duì)不同波長生成相似強(qiáng)度分布的實(shí)施例中，設(shè)備可以被采用于其中需要雙帶照明的應(yīng)用中。例如這種設(shè)備可以被采用于配置用于確定或者測量依賴于波長的特征的醫(yī)療或者科學(xué)應(yīng)用中。

參照?qǐng)D6，示出了對(duì)于圖3和圖4中示出的光子設(shè)備300、400示例的擴(kuò)展。在圖6中示出的多色源光子設(shè)備600示出了其中光源為光源元件陣列的光子設(shè)備。光源元件陣列，在圖6中示出為光源元件的2x3陣列。然而多色源光子設(shè)備可以利用任何適合的光源元件分布來配置。在一些實(shí)施例中，每個(gè)光源元件配置用于生成不同并且分離的光源波長(或者分離的波長范圍)。例如圖6示出了包括配置用于生成波長λ₁的第一光源元件601₁，配置用于生成波長λ₂的第二光源元件601₂以及配置用于生成波長λ_n的第n光源元件601_n。在一些實(shí)施例中，固態(tài)設(shè)備可以包括配置用于生成具有多發(fā)射波長λ₁,λ₂，...，λ_n的光源的多波長垂直腔面發(fā)射激光器陣列。

此外，多色源光子設(shè)備600可以包括多波長衍射光學(xué)元件603。

在一些實(shí)施例中多波長衍射光學(xué)元件303形成不同的光強(qiáng)度分布或圖案。例如當(dāng)被光源(或者配置用于生成多發(fā)射波長的單一光源)照射時(shí)多波長衍射光學(xué)元件(MWDOE)603產(chǎn)生不同的強(qiáng)度分布(或每立體角能量圖案)。每個(gè)波長由MWDOE進(jìn)行操作因此針對(duì)每個(gè)波長的輸出強(qiáng)度分布為任意的并且較其他的波長強(qiáng)度圖案為獨(dú)特的。設(shè)備可以使用的可獲得的強(qiáng)度圖案為與λ₁相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₁)給出的強(qiáng)度圖案，與λ₂相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₂)給出的強(qiáng)度圖案以及由此類推的與λ_n相關(guān)聯(lián)的由φ(λ_n)給出的強(qiáng)度圖案以及各個(gè)輸出強(qiáng)度的組合例如φ(λ₁)+φ(λ₂)。

在一些實(shí)施例中，MWDOE可以設(shè)計(jì)為使得其配置為針對(duì)發(fā)射器波長的寬范圍生成相同的強(qiáng)度分布。在這種實(shí)施例中，多波長衍射光學(xué)元件603形成至少一個(gè)共同的光強(qiáng)度分布或圖案。例如當(dāng)被多光源(或者配置為生成多個(gè)發(fā)射波長的單一光源)照射時(shí)多波長衍射光學(xué)元件(MWDOE)603針對(duì)兩個(gè)波長產(chǎn)生相同的強(qiáng)度照明分布。例如與λ₁相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₁)給出的強(qiáng)度圖案，與λ₂相關(guān)聯(lián)的由φ(λ₂)給出的強(qiáng)度圖案，其中φ(λ₁)＝φ(λ₂)。

類似于之前所描述地，由于衍射光學(xué)元件非常依賴于波長，MWDOE可以設(shè)計(jì)為使得其配置為針對(duì)發(fā)射器波長的寬范圍生成相同的強(qiáng)度分布。換句話說MWDOE可以設(shè)計(jì)為針對(duì)在包括λ₁的頻帶內(nèi)的波長生成第一強(qiáng)度圖案，以及針對(duì)在包括λ₂的頻帶內(nèi)的波長生成第二強(qiáng)度圖案，以及由此類推針對(duì)在包括λ_n的頻帶內(nèi)的波長生成第n強(qiáng)度圖案。

多色源光子設(shè)備600進(jìn)一步包括收集器透鏡605其配置為使得從目標(biāo)反射并且入射到收集器透鏡上的光聚焦在返回陣列607上。

在一些實(shí)施例中收集器透鏡605為折射透鏡。

在一些實(shí)施例中收集器透鏡605為多波長衍射光學(xué)元件。多波長衍射光學(xué)元件可以放置在返回陣列上方并且配置為與從目標(biāo)反射的光波長進(jìn)行相互作用。在一些實(shí)施例中，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡形成不同的光強(qiáng)度分布或圖案并且由此將不同的波長聚焦在返回陣列的不同位置或地點(diǎn)(或分離的部分)之上。例如當(dāng)被多個(gè)光源照射從目標(biāo)反射回來時(shí)，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡可以配置為生成將形成在返回陣列上的分離的圖像，每個(gè)來自相應(yīng)分離的波長。這些圖像可以由此被分離地處理。

在一些實(shí)施例中，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡形成共同的光強(qiáng)度分布或圖案。換句話說，當(dāng)被從目標(biāo)反射的光照射時(shí)，多波長衍射光學(xué)元件收集器透鏡針對(duì)至少兩個(gè)波長產(chǎn)生相同的強(qiáng)度照明分布并且由此配置為將反射光波長的一些聚焦在返回陣列607的相同或者相似部分。

多色源光子設(shè)備600進(jìn)一步包括返回陣列607。返回陣列607可以是SPAD陣列。此外在一些實(shí)施例中，返回陣列可以包括濾波的返回陣列，其被配置用于使得多個(gè)波長的光能夠同時(shí)被單獨(dú)地探測到。

以這種方式，多色源光子設(shè)備600可以被采用于多個(gè)應(yīng)用中。進(jìn)一步這種設(shè)備可以同時(shí)(或基本上同時(shí))被采用于多個(gè)應(yīng)用中。由此使用這種設(shè)備防止了隨同相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用空間或者容積優(yōu)勢(shì)共同使用多個(gè)設(shè)備的需求。此外，設(shè)備可以用于除了測距之外的應(yīng)用中。例如其有可能針對(duì)物理系統(tǒng)中的不同波長測量相對(duì)反射率以及路徑長度。此外，在其中MWDOE針對(duì)不同的波長生成相似強(qiáng)度分布的實(shí)施例中，設(shè)備可以被采用于其中需要雙帶照明或多帶照明的應(yīng)用中。例如這種設(shè)備可以被采用于配置用于確定或者測量依賴于波長的特征的醫(yī)療或者科學(xué)應(yīng)用中。

這里所描述的這種設(shè)備的示例應(yīng)用在圖7中示出。在參照?qǐng)D7的流程圖所描述的示例應(yīng)用中，該設(shè)備被配置為在寬距離范圍上探測目標(biāo)。

在一些實(shí)施例中光子設(shè)備配置為關(guān)于第一光束監(jiān)測返回陣列(對(duì)于MWDOE從其生成“短距離”強(qiáng)度分布的第一波長源)。設(shè)備進(jìn)一步配置為輸出返回陣列輸出到處理器。

針對(duì)第一“短距離”強(qiáng)度分布對(duì)返回陣列進(jìn)行監(jiān)測的操作在圖7中由步驟701示出。

光子設(shè)備，以及在一些實(shí)施例中的處理器可以進(jìn)一步基于返回陣列輸出確定在由第一波長分布限定的分布之內(nèi)的任何目標(biāo)。

基于第一光束確定目標(biāo)的操作在圖7中由步驟702示出。

在確定目標(biāo)的情形下，可以對(duì)距離進(jìn)行確定或者估計(jì)。例如第一波長分布可以靠近感測器用于探測用戶的“頭部”并且由此防止用戶意外地結(jié)束移動(dòng)電話上的通話。

在一些實(shí)施例中的設(shè)備可以進(jìn)一步在沒有目標(biāo)被確定或者探測到時(shí)進(jìn)行確定。當(dāng)沒有目標(biāo)被確定時(shí)處理器可以配置為控制驅(qū)動(dòng)器打開第二波長光源并且關(guān)閉第一波長源。

光子設(shè)備配置為針對(duì)第二光束監(jiān)測返回陣列(針對(duì)MWDOE從其生成“遠(yuǎn)距離”強(qiáng)度分布的第二波長源)。該設(shè)備進(jìn)一步配置為輸出返回陣列輸出到處理器。

切換到第二波長源以及針對(duì)第二“遠(yuǎn)距離”強(qiáng)度分布對(duì)返回陣列進(jìn)行監(jiān)測的操作在圖7中由步驟703示出。

光子設(shè)備，以及在一些實(shí)施例中的處理器可以進(jìn)一步基于返回陣列輸出確定在由第二波長分布限定的分布之內(nèi)的任何目標(biāo)。例如第二波長分布可以是針對(duì)安裝在移動(dòng)電話上的“自動(dòng)聚焦前臉或自拍”照相機(jī)的用于探測目標(biāo)的遠(yuǎn)程感測器(far sensor)。

基于第二光束確定目標(biāo)的操作在圖7中由步驟704示出。

在一些實(shí)施例中的設(shè)備可以進(jìn)一步在沒有目標(biāo)被確定或者探測到時(shí)利用第二波長源進(jìn)行確定。當(dāng)沒有目標(biāo)被確定時(shí)處理器可以配置為輸出在感測器的范圍內(nèi)沒有探測到的目標(biāo)的指示符。

輸出沒有探測到的目標(biāo)的指示符在圖7中由步驟706示出。

在一些利用第一波長源或者第二波長源確定或者探測到目標(biāo)的實(shí)施例中，可以配置為輸出目標(biāo)已經(jīng)被探測到的指示符以及進(jìn)一步的目標(biāo)的位置。

輸出目標(biāo)已經(jīng)被探測到的指示符并且進(jìn)一步的目標(biāo)的位置在圖7中由步驟705示出。

將會(huì)理解的是雖然圖2中示出的例子示出了僅一個(gè)目標(biāo)，雙色源光子設(shè)備和多色源光子設(shè)備可以用來探測多目標(biāo)或其他的目標(biāo)。

將會(huì)理解的是本公開的實(shí)施例可以實(shí)施為廣泛的應(yīng)用。例如根據(jù)實(shí)施例從返回和參考峰值減法中提取的測距數(shù)據(jù)可以用于包括用戶探測、自動(dòng)聚焦輔助和機(jī)器視野的大量應(yīng)用。

在前述中，光子設(shè)備300、400、600被描述為可以是移動(dòng)電話的部分，例如移動(dòng)電話或者其他設(shè)備上的觸摸屏的部分。然而應(yīng)當(dāng)理解的是光子設(shè)備可以并入任何適合的裝置中。