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CN106324586B - 光子设备 - Google Patents

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CN106324586B CN201610109958.3A CN201610109958A CN106324586B CN 106324586 B CN106324586 B CN 106324586B CN 201610109958 A CN201610109958 A CN 201610109958A CN 106324586 B CN106324586 B CN 106324586B
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Abstract

提供一种方法和装置。所述方法和装置用于在设备内生成至少两个分离且离散的波长，基于所述至少两个分离且离散的波长和多波长衍射光学元件之间的相互作用生成至少两个光强度分布，由此所述至少两个光强度分布可以被用来从被目标反射的光来探测目标。

Description

光子设备
技术领域
本公开涉及一种光子设备，并且进一步涉及一种多功能光子测距设备，用于确定到目标的距离或者目标的其他特性。
背景技术
当前的光子测距设备限于其所最优化于的单一应用。例如这些应用可以包括单一区域或多区域测距系统。进一步，这些单一区域或多区域测距系统可以被分为短距离(例如，0cm-30cm)以及较长距离(例如，从30cm开始)探测系统。取决于应用，光源的输出必须以满足这种应用的方式来进行控制。这就固有地使得设备不宜用于可替换的应用。
例如，光子测距设备应用可以用飞行时间来确定在反射的目标和设备之间的距离。在飞行时间中，光脉冲被发射并且被目标反射回到感测器。光行进到目标并且被反射回到感测器上所用的时间可以用来基于已知的光速确定目标和设备之间的距离。
光子设备和飞行时间计算可以在其中知晓目标和设备之间的距离是有用的应用中得到实施。一个例子是并入了触摸屏的移动电话。在这个应用中，当接听或者拨打电话时，为了将耳朵放置于扬声器的附近，用户的部分脸颊可能触碰到触摸屏。在通话期间，触摸屏应当对用户的脸颊没有响应从而防止意外的挂断。可以执行飞行时间计算从而确定这就是该情况并且禁用触摸屏。
然而这种设备可能并不优化或者设计用于其中需要更长距离探测的应用。例如为了使用相同的移动电话中的光子设备从而确定目标离开移动电话的运动并且由此启用对移动电话的手势控制。
发明内容
根据第一方面，提供了一种方法，包括：在设备内生成至少两个分离且离散的波长；基于至少两个分离且离散的波长和多波长衍射光学元件之间的相互作用生成至少两个光强度分布，由此至少两个光强度分布可以被用来从被目标反射的光来探测目标。
至少两个光强度分布可以是空间上不同的。
该方法可以进一步包括利用收集器透镜收集反射光，反射光来自从目标反射回的至少两个光强度分布中的至少一个。
该方法可以进一步包括利用返回阵列探测经收集的反射光。
返回阵列可以包括SPAD阵列。
利用收集器透镜收集反射光可以包括利用多波长衍射光学元件将至少两个分离且离散的波长中的一个聚焦在返回阵列的第一部分上并且至少两个分离且离散的波长中的另一个聚焦在返回阵列的第二部分上来收集反射光。
返回阵列的第一部分可以与返回阵列的第二部分相离散。
该方法可以进一步包括对收集的反射光进行滤波，从而返回阵列相对于至少两个分离且离散的波长中的一个而独立地探测到至少两个分离且离散的波长中的另一个。
该方法可以进一步包括：从利用返回阵列探测的经收集的反射光确定飞行时间估计；并且基于来自利用返回阵列探测的经收集的反射光的飞行时间估计来确定设备和目标之间的距离。
该方法可以进一步包括：确定利用返回阵列探测的经收集的反射光和参考信号之间的相位差；并且基于相位差确定设备和目标之间的距离。
在设备内生成至少两个分离且离散的波长可以包括利用分离的发光二极管生成至少两个分离且离散的波长中的每一个。
在设备内生成至少两个分离且离散的波长可以包括利用至少一个激光二极管生成至少两个分离且离散的波长中的每一个。
利用至少一个激光二极管生成至少两个分离且离散的波长中的每一个可以包括利用多波长垂直腔面发射激光器生成每个波长。
根据第二方面提供一种光子设备，其包括：至少一个光源，配置用于生成至少两个分离且离散的波长；多波长衍射光学元件，配置用于基于至少两个分离且离散的波长和多波长衍射光学元件之间的相互作用生成至少两个分离的光强度分布，由此至少两个光强度分布可以被用来从被目标反射的光来探测目标。
至少两个光强度分布可以是空间上不同的。
该光子设备可以进一步包括收集器透镜，配置用于收集反射光，反射光来自从目标反射回的至少两个光强度分布中的至少一个。
该光子设备可以进一步包括返回阵列，配置用于探测收集的反射光。
该返回阵列可以包括SPAD阵列。
该收集器透镜可以是多波长衍射光学元件，配置用于将至少两个分离且离散的波长中的一个聚焦在返回阵列的第一部分上并且至少两个分离且离散的波长中的另一个聚焦在返回阵列的第二部分上。
返回阵列的第一部分可以与返回阵列的第二部分相离散。
该光子设备可以进一步包括图案化的滤波器阵列，配置用于对收集的反射光进行滤波，从而返回阵列配置用于相对于至少两个分离且离散的波长中的一个而独立地探测到至少两个分离且离散的波长中的另一个。
该光子设备可以进一步包括处理器，配置用于从利用返回阵列探测的经收集的反射光确定飞行时间估计，并且其中该处理器进一步配置用于基于来自利用返回阵列探测的经收集的反射光的飞行时间估计来确定设备和目标之间的距离。
该光子设备可以进一步包括处理器，配置用于确定利用返回阵列探测的经收集的反射光和参考信号之间的相位差，并且其中该处理器进一步配置用于基于相位差确定设备和目标之间的距离。
至少一个光源可以包括至少两个发光二极管，其中至少两个发光二极管中的每一个配置用于生成相应的分离且离散的波长。
至少一个光源可以包括至少一个激光二极管，其中至少一个激光二极管配置用于生成分离且离散的波长。
至少一个激光二极管可以是多波长垂直腔面发射激光器。
根据第三方面，提供一种装置，其包括：用于在设备内生成至少两个分离且离散的波长的装置；用于生成至少两个光强度分布的装置，由此至少两个光强度分布可以被用来从被目标反射的光来探测目标。
用于生成至少两个光强度分布的装置可以包括多波长衍射光学元件并且其中至少两个强度分布可以基于至少两个分离且离散的波长和多波长衍射光学元件之间的相互作用来生成。
至少两个光强度分布可以是空间上不同的。
该装置可以进一步包括用于收集反射光的装置，反射光来自从目标反射回的至少两个光强度分布中的至少一个。
该装置可以进一步包括用于探测经收集的反射光的装置。
用于探测经收集的反射光的装置可以是返回阵列。
返回阵列可以包括SPAD阵列。
用于收集反射光的装置可以包括多波长衍射光学元件，以将至少两个分离且离散的波长中的一个聚焦在返回阵列的第一部分上并且将至少两个分离且离散的波长中的另一个聚焦在返回阵列的第二部分上。
返回阵列的第一部分可以与返回阵列的第二部分相离散。
该装置可以进一步包括用于对收集的反射光进行滤波的装置，由此用于探测收集的反射光的装置相对于至少两个分离且离散的波长中的一个而独立地探测到至少两个分离且离散的波长中的另一个。
该装置可以进一步包括：用于从探测的经收集的反射光确定飞行时间估计的装置；以及用于基于来自探测的经收集的反射光的飞行时间估计来确定设备和目标之间的距离的装置。
该装置可以进一步包括：确定探测的经收集的反射光和参考信号之间的相位差；并且基于相位差确定设备和目标之间的距离。
用于在设备内生成至少两个分离且离散的波长的装置可以包括用于生成至少两个分离且离散的波长中的每一个的分离的发光二极管。
用于在设备内生成至少两个分离且离散的波长的装置可以包括用于生成至少两个分离且离散的波长中的每一个的至少一个激光二极管。
至少一个激光二极管可以是用于生成每个波长的多波长垂直腔面发射激光器。
附图说明
现在将参照附图对本申请的实施例进行描述，其中：
图1为示出了已知光子设备的示例的示意图；
图2为示出了例如图1中示出的已知光子设备的示例操作的示意图；
图3为示出了双色源光子设备的示例的示意图；
图4为示出了带有滤波的返回阵列的双色源光子设备的示例的示意图；
图5为示出了如图3和图4所示出的双色源光子设备的示例强度分布的示意图；
图6为示出了多色源光子设备的示例的示意图；并且
图7为描绘了与实施例相关联的方法步骤的流程图。
具体实施方式
如在此所描述的实施例中的概念通过从单一、固态设备产生不同的照明布置从而克服了对于光子设备的单一应用的限制。
参照图1，示出了已知的光子设备100。在下面的示例中，设备的方向为使得与来自光子设备100的发射光相互作用的目标在设备“上方”。方向“上方”应当被解释为在发射光的路径上位于与光子设备的相对位置上。光子设备100包括壳体，其可以为固态的壳体，在其中可以形成或者放置后面所描述的组件。例如，光子设备100可以包括相干光源或者半相干光源101。相干光源可以为激光二极管(LD)，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)。进一步，半相干光源101的例子可以是发光二极管(LED)。光源可以具有限定的频率或者波长分布。光子设备100可以进一步包括位于光子设备100的表面处并且在光源101“上方”的衍射光学元件103。衍射光学元件103可以配置为使得来自光源101的光从光子设备100发射。进一步，衍射光学元件103可以配置为与由光源101生成的光进行相互作用从而生成限定的光学分布(或者换句话说限定在其内来自光源的光被发射并且在其外不发射光的立体角)。
所发射的光可以接着被位于设备“上方”的目标反射。反射的光可以向下被引导并且回到光子设备100。光子设备100可以进一步包括收集器透镜105，其配置用于使得从目标反射并且入射在收集器透镜上的光聚焦在返回阵列107之上。收集器透镜为放置在感测器阵列上方以引导光到感测器阵列之上的透镜，这些光否则会绕过感测器。
光子设备100可以进一步包括返回阵列107。返回阵列107可以是任何适合的光学感测器，配置为生成关于探测的反射光的电子信号。在一些实施例中，返回阵列为单光子雪崩二极管(SPAD)阵列。SPAD阵列可以用作反射光的探测器。大体上，SPAD阵列可以作为感测器而提供从而探测反射的光脉冲。光子可以通过光电效应在二极管中生成载流子，例如电子或空穴。载流子可以在SPAD阵列的SPAD中的一个中触发雪崩电流。雪崩电流可以信号通知事件，也就是说光的光子已经被探测到了。
SPAD元件的一个例子包括光电二极管，p-类型MOSFET以及NOT门。
在图1中示出的光子设备因此配置为由衍射光学元件103的特性以及由光源101发射的单一波长所限定的固定且恒定的空间内照明图案。
如图1所示出的光子设备100的操作的一个例子进一步在图2中详细示出。图2例如示出了发射由光线108示出的单一波长(或者基本上具有离散且限定的波长范围)的光的光源101。光线108被示出为通过衍射光学元件103，其在目标106上被反射，返回通过收集器透镜105并且入射在返回阵列107上。
返回阵列107可以耦合到处理器201，其配置为接收返回阵列107的输出。处理器201可以例如为时间到距离变换器，其配置用于基于光的发射和光的接收之间的时间差来确定目标106和光子设备100之间的距离。
处理器201在一些实施例中可以配置为控制或者触发控制着光源101输出光的驱动器。
如果已知光在设备和目标之间行进所用的时间，则可以计算光子设备和目标之间的距离。在飞行时间(ToF)应用中，设备中的光发射器可以发射光脉冲并且设备的感测器可以探测到从远处的目标反射回来后的脉冲。光脉冲发射的时间和反射光被探测到的时间可以用于确定光脉冲行进到远处的目标并且返回所用的时间。利用光速常数c，可以计算出远处的目标和包括发射器/感测器的设备之间的距离。
用于ToF的光发射器或光源101可以被驱动器所驱动。为了发射光脉冲，可以从控制器处理器201将触发器(信号)提供到发射器驱动器从而触发脉冲。响应于触发器，驱动器可以开启并且接着准备驱动来自光源101的脉冲输出。
直接飞行时间(ToF)方法利用了窄脉冲激光器，其具有测量在传输和第一光子接收之间的时间差的时间-数字变换器(TDC)。通常地，采用“反向模式”，其中TDC测量时间的后面部分，即，从第一光子接收到下一个脉冲传输的时间。这个方案将系统的活跃性最小化到仅在光子被探测到的场合，并且因此良好地匹配于诸如荧光寿命成像显微(FLIM)的严格控制的、低光子通量水平和医疗的应用。
进一步，在一些实施例中，处理器201可以配置为执行相位提取方法。可以实施用于确定目标距离的相位提取方法，因为其良好地适于利用现有光电二极管技术执行普适的距离方程(generalized range equation)计算的系统。相位提取方法对于背景环境光条件来说同样鲁棒，并且可以适于允许变化的照明器调制波形(即，正弦或方形)。相位提取方法进一步可以在邻近探测应用中返回阵列为SPAD阵列的情形中进行实施。相位提取方法可以例如将探测的信号与参考信号进行比较。参考信号可以为虚拟的或者在不同感测器阵列上的另一个受控的探测的信号。
诸如上面所描述的之前描述的系统被设计并且限于其所最优化于的单一应用。例如这些应用可以包括单一区域测距系统或者多区域测距系统。此外，这些单一区域测距系统和多区块测距系统可以被划分为短距离(例如，0cm-30cm)以及较长距离(例如，从30cm开始)探测系统。取决于应用，光源的输出必须以满足这种应用的方式来进行控制。这就固有地使得设备对于备选的应用而言并非最优。
例如，当在接听或者拨打电话时探测用户的部分脸颊靠近或者触碰到电话的触摸屏。在这种应用中，当“脸颊目标”接近或者触碰屏幕时针对单一短距离探测最优化目标探测，但是拒绝当用户的手指在通话期间碰触到屏幕时的情境。
参照图3，描述了用以克服这些问题的固态设备的示例性实施例。在图3示出的例子中，示出了双色源光子设备300。双色源光子设备300包括第一光源3011，配置用于生成具有第一发射波长λ1的光源。设备300进一步包括第二光源3012，配置用于生成具有第二发射波长λ2的光。第一光源发射波长λ1与第二光源发射波长λ2分离且不同。在这里示出的例子中，第一光源和第二光源为具有分离且不同的发射波长的分离的LD或LED元件。然而在一些实施例中，固态设备可以包括双波长LD或者LED。例如在一些实施例中，双波长激光二极管可以是双波长垂直腔面发射激光阵列，配置用于生成具有第一发射波长λ1与第二光源发射波长λ2的光源。
双色源光子设备300进一步包括多波长衍射光学元件303。多波长衍射光学元件303位于光源上方，在一些实施例中配置用于与光源3011、3012生成的光波长进行相互作用。在一些实施例中，多波长衍射光学元件303形成了不同的光强度分布或者图案。例如当被两个光源(或者配置为生成两个发射波长的单一光源)照射时多波长衍射光学元件(MWDOE)303产生三个强度分布(或者每立体角能量图案)。每个波长由MWDOE进行操作因此针对每个波长的输出强度分布为任意的并且较其他的波长强度图案为独特的。设备可以使用的可获得的强度图案为与λ1相关联的由φ(λ1)给出的强度图案、与λ2相关联的由φ(λ2)给出的强度图案以及两个输出强度的组合φ(λ1)+φ(λ2)。
在一些实施例中，多波长衍射光学元件303形成了共同的光强度分布或图案。例如当被两个光源(或者配置为生成两个发射波长的单一光源)照射时多波长衍射光学元件(MWDOE)303针对两个波长产生相同的强度照明分布。设备可以使用的可获得的强度图案为与λ1相关联的由φ(λ1)给出的强度图案、与λ2相关联的由φ(λ2)给出的强度图案，其中φ(λ1)＝φ(λ2)。
这种MWDOE组件的设计是已知的。例如用于设计这种组件的方法可以从Caley,A.J.,A.J.Waddie和M.R.Taghizadeh的"A novel algorithm for designing diffractiveoptical elements for two colour far-field pattern formation"，Journal ofOptics A:Pure and Applied Optics 7.6(2005):S276找到。
衍射光学元件非常依赖于波长，MWDOE可以设计为使得其配置用于针对发射器波长的宽范围生成相同的强度分布。换句话说，MWDOE可以设计为针对在包括λ1的频带内的波长生成第一强度图案，以及针对在包括λ2的频带内的波长生成第二强度图案。如上所描述的，第一强度图案和第二强度图案可以不同φ(λ1)≠φ(λ2)或者相同φ(λ1)＝φ(λ2)。
以之前参照光子设备100、200所描述的方式，从MWDOE发射的光强度分布可以被分布内的合适的目标反射并且返回到双色源光子设备300。
双色源光子设备300进一步包括收集器透镜305。收集器透镜305可以配置为使得从目标反射并且入射到收集器透镜上的光聚焦在返回阵列307上。如之前所描述的收集器透镜可以是放置在感测器阵列上方的透镜从而将光导向到感测器阵列上，该光否则会错失感测器。
在一些实施例中收集器透镜305为折射透镜。
在一些实施例中收集器透镜为多波长衍射光学元件。多波长衍射光学元件放置在返回阵列上方并且配置为与从目标反射的光波长进行相互作用。在一些实施例中，多波长衍射光学元件收集器透镜形成不同的光强度分布或图案并且由此将不同的波长聚焦在返回阵列的不同位置或地点或部分之上。例如当被两个光源照射从目标反射回来时，多波长衍射光学元件收集器透镜可以配置为生成将形成在返回阵列上的分离的图像，每个来自相应分离的波长。
在一些实施例中，多波长衍射光学元件收集器透镜形成共同的光强度分布或图案。换句话说，当被从目标反射的光照射时，多波长衍射光学元件收集器透镜针对两个波长产生相同的强度照明分布并且由此配置为将反射光聚焦在返回阵列307的相同或者相似部分。
双色源光子设备300进一步包括返回阵列307。返回阵列307可以是SPAD阵列诸如实施在如图1和图2所示出的单一源光子设备100内。
参照图4，示出了又一个双色源光子设备，其中返回阵列为滤波的返回阵列407。滤波的返回阵列407可以从应用在SPAD阵列上或者上方的图案化的滤波器阵列来形成。图案化的滤波器阵列可以由空间上分离的多个依赖于电磁波长的带通滤波器来形成。带通滤波器被调谐为通过波长λ1或λ2中的任一个。
可代替地，滤波的返回阵列407可以从施加到SPAD阵列之上或者上方的双带通滤波器来形成。双带通滤波器被调谐至波长λ1和λ2。在一些实施例中滤波器可以是两部分滤波器，其具有配置用于通过波长λ1和λ2中的较低者的第一低通滤波器部分，和配置用于通过波长λ1和λ2中的较高者的第二高通滤波器部分。
在一些实施例中滤波器为干涉滤波器。然而在一些实施例中滤波器可以是吸收滤波器或者混合的干扰滤波器和吸收滤波器。
在一些实施例中，图案化的滤波器阵列可以实施为像素水平的滤波器。
在实施返回阵列之前的滤波器时，有可能基于同时来自两个不同的波长的反射信号来推断或者确定信息。
参照图5，示出了针对由图3和图4示出的双色源光子设备生成的两个波长(或频带)的横截面分布。在这个例子中，示出了双色源光子设备300、400，其配置用于生成与λ1相关联的由φ(λ1)给出的强度分布5011，与λ2相关联的由φ(λ2)给出的强度分布5012以及两个输出强度分布的组合φ(λ1)+φ(λ2)501。
如此光子设备300、400可以实施在允许设备被使用在灵活范围的环境中的应用内。例如在其中MWDOE针对不同波长生成不同强度分布并且由此可以生成如图5所示出的强度分布的实施例中，设备可以被采用于允许近场目标探测和远场目标探测二者的应用中并且被采用于针对距设备为宽范围距离的区域探测中。在其中MWDOE针对不同波长生成相似强度分布的实施例中，设备可以被采用于其中需要双带照明的应用中。例如这种设备可以被采用于配置用于确定或者测量依赖于波长的特征的医疗或者科学应用中。
参照图6，示出了对于图3和图4中示出的光子设备300、400示例的扩展。在图6中示出的多色源光子设备600示出了其中光源为光源元件阵列的光子设备。光源元件阵列，在图6中示出为光源元件的2x3阵列。然而多色源光子设备可以利用任何适合的光源元件分布来配置。在一些实施例中，每个光源元件配置用于生成不同并且分离的光源波长(或者分离的波长范围)。例如图6示出了包括配置用于生成波长λ1的第一光源元件6011，配置用于生成波长λ2的第二光源元件6012以及配置用于生成波长λn的第n光源元件601n。在一些实施例中，固态设备可以包括配置用于生成具有多发射波长λ1,λ2，...，λn的光源的多波长垂直腔面发射激光器阵列。
此外，多色源光子设备600可以包括多波长衍射光学元件603。
在一些实施例中多波长衍射光学元件303形成不同的光强度分布或图案。例如当被光源(或者配置用于生成多发射波长的单一光源)照射时多波长衍射光学元件(MWDOE)603产生不同的强度分布(或每立体角能量图案)。每个波长由MWDOE进行操作因此针对每个波长的输出强度分布为任意的并且较其他的波长强度图案为独特的。设备可以使用的可获得的强度图案为与λ1相关联的由φ(λ1)给出的强度图案，与λ2相关联的由φ(λ2)给出的强度图案以及由此类推的与λn相关联的由φ(λn)给出的强度图案以及各个输出强度的组合例如φ(λ1)+φ(λ2)。
在一些实施例中，MWDOE可以设计为使得其配置为针对发射器波长的宽范围生成相同的强度分布。在这种实施例中，多波长衍射光学元件603形成至少一个共同的光强度分布或图案。例如当被多光源(或者配置为生成多个发射波长的单一光源)照射时多波长衍射光学元件(MWDOE)603针对两个波长产生相同的强度照明分布。例如与λ1相关联的由φ(λ1)给出的强度图案，与λ2相关联的由φ(λ2)给出的强度图案，其中φ(λ1)＝φ(λ2)。
类似于之前所描述地，由于衍射光学元件非常依赖于波长，MWDOE可以设计为使得其配置为针对发射器波长的宽范围生成相同的强度分布。换句话说MWDOE可以设计为针对在包括λ1的频带内的波长生成第一强度图案，以及针对在包括λ2的频带内的波长生成第二强度图案，以及由此类推针对在包括λn的频带内的波长生成第n强度图案。
多色源光子设备600进一步包括收集器透镜605其配置为使得从目标反射并且入射到收集器透镜上的光聚焦在返回阵列607上。
在一些实施例中收集器透镜605为折射透镜。
在一些实施例中收集器透镜605为多波长衍射光学元件。多波长衍射光学元件可以放置在返回阵列上方并且配置为与从目标反射的光波长进行相互作用。在一些实施例中，多波长衍射光学元件收集器透镜形成不同的光强度分布或图案并且由此将不同的波长聚焦在返回阵列的不同位置或地点(或分离的部分)之上。例如当被多个光源照射从目标反射回来时，多波长衍射光学元件收集器透镜可以配置为生成将形成在返回阵列上的分离的图像，每个来自相应分离的波长。这些图像可以由此被分离地处理。
在一些实施例中，多波长衍射光学元件收集器透镜形成共同的光强度分布或图案。换句话说，当被从目标反射的光照射时，多波长衍射光学元件收集器透镜针对至少两个波长产生相同的强度照明分布并且由此配置为将反射光波长的一些聚焦在返回阵列607的相同或者相似部分。
多色源光子设备600进一步包括返回阵列607。返回阵列607可以是SPAD阵列。此外在一些实施例中，返回阵列可以包括滤波的返回阵列，其被配置用于使得多个波长的光能够同时被单独地探测到。
以这种方式，多色源光子设备600可以被采用于多个应用中。进一步这种设备可以同时(或基本上同时)被采用于多个应用中。由此使用这种设备防止了随同相关联的应用空间或者容积优势共同使用多个设备的需求。此外，设备可以用于除了测距之外的应用中。例如其有可能针对物理系统中的不同波长测量相对反射率以及路径长度。此外，在其中MWDOE针对不同的波长生成相似强度分布的实施例中，设备可以被采用于其中需要双带照明或多带照明的应用中。例如这种设备可以被采用于配置用于确定或者测量依赖于波长的特征的医疗或者科学应用中。
这里所描述的这种设备的示例应用在图7中示出。在参照图7的流程图所描述的示例应用中，该设备被配置为在宽距离范围上探测目标。
在一些实施例中光子设备配置为关于第一光束监测返回阵列(对于MWDOE从其生成“短距离”强度分布的第一波长源)。设备进一步配置为输出返回阵列输出到处理器。
针对第一“短距离”强度分布对返回阵列进行监测的操作在图7中由步骤701示出。
光子设备，以及在一些实施例中的处理器可以进一步基于返回阵列输出确定在由第一波长分布限定的分布之内的任何目标。
基于第一光束确定目标的操作在图7中由步骤702示出。
在确定目标的情形下，可以对距离进行确定或者估计。例如第一波长分布可以靠近感测器用于探测用户的“头部”并且由此防止用户意外地结束移动电话上的通话。
在一些实施例中的设备可以进一步在没有目标被确定或者探测到时进行确定。当没有目标被确定时处理器可以配置为控制驱动器打开第二波长光源并且关闭第一波长源。
光子设备配置为针对第二光束监测返回阵列(针对MWDOE从其生成“远距离”强度分布的第二波长源)。该设备进一步配置为输出返回阵列输出到处理器。
切换到第二波长源以及针对第二“远距离”强度分布对返回阵列进行监测的操作在图7中由步骤703示出。
光子设备，以及在一些实施例中的处理器可以进一步基于返回阵列输出确定在由第二波长分布限定的分布之内的任何目标。例如第二波长分布可以是针对安装在移动电话上的“自动聚焦前脸或自拍”照相机的用于探测目标的远程感测器(far sensor)。
基于第二光束确定目标的操作在图7中由步骤704示出。
在一些实施例中的设备可以进一步在没有目标被确定或者探测到时利用第二波长源进行确定。当没有目标被确定时处理器可以配置为输出在感测器的范围内没有探测到的目标的指示符。
输出没有探测到的目标的指示符在图7中由步骤706示出。
在一些利用第一波长源或者第二波长源确定或者探测到目标的实施例中，可以配置为输出目标已经被探测到的指示符以及进一步的目标的位置。
输出目标已经被探测到的指示符并且进一步的目标的位置在图7中由步骤705示出。
将会理解的是虽然图2中示出的例子示出了仅一个目标，双色源光子设备和多色源光子设备可以用来探测多目标或其他的目标。
将会理解的是本公开的实施例可以实施为广泛的应用。例如根据实施例从返回和参考峰值减法中提取的测距数据可以用于包括用户探测、自动聚焦辅助和机器视野的大量应用。
在前述中，光子设备300、400、600被描述为可以是移动电话的部分，例如移动电话或者其他设备上的触摸屏的部分。然而应当理解的是光子设备可以并入任何适合的装置中。

Claims (21)

1.一种用于检测目标的方法，包括：
在设备内生成至少两个分离且离散的波长；
基于所述至少两个分离且离散的波长和多波长衍射光学元件之间的相互作用生成至少两个光强度分布，由此所述至少两个光强度分布能够被用于从被所述目标反射的光来探测所述目标；
其中至少两种光强度分布包括较短距离光强度分布和较长距离光强度分布，所述较短距离光强度分布和所述较长距离光强度分布沿着相同方向为中心并且被用于检测不同距离的目标。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个光强度分布在空间上是不同的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括利用收集器透镜收集反射光，所述反射光来自从所述目标反射的所述至少两个光强度分布中的至少一个光强度分布。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括利用返回阵列探测收集的所述反射光。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括对收集的所述反射光进行滤波，从而所述返回阵列相对于所述至少两个分离且离散的波长中的一个而独立地探测所述至少两个分离且离散的波长中的另一个。
6.根据权利要求4或5所述的方法，进一步包括：
从利用所述返回阵列所探测到的经收集的所述反射光确定飞行时间估计；并且
基于来自利用所述返回阵列所探测到的经收集的所述反射光的所述飞行时间估计，来确定所述设备和所述目标之间的距离。
7.根据权利要求4或5所述的方法，进一步包括：
确定利用所述返回阵列所探测到的经收集的所述反射光和参考信号之间的相位差；并且
基于所述相位差确定所述设备和所述目标之间的距离。
8.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，其中在设备内生成至少两个分离且离散的波长包括利用分离的发光二极管生成所述至少两个分离且离散的波长中的每一个。
9.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，其中在设备内生成至少两个分离且离散的波长包括利用至少一个激光二极管生成所述至少两个分离且离散的波长中的每一个。
10.一种用于检测目标的光子设备，其包括：
至少一个光源，被配置用于生成至少两个分离且离散的波长；
多波长衍射光学元件，被配置用于基于所述至少两个分离且离散的波长和所述多波长衍射光学元件之间的相互作用生成分离的至少两个光强度分布，由此所述至少两个光强度分布能够被用于从被所述目标反射的光来探测所述目标；
其中至少两种光强度分布包括较短距离光强度分布和较长距离光强度分布，所述较短距离光强度分布和所述较长距离光强度分布沿着相同方向为中心并且被用于检测不同距离的目标。
11.根据权利要求10所述的光子设备，其中所述至少两个光强度分布在空间上是不同的。
12.根据权利要求10或11所述的光子设备，进一步包括收集器透镜，所述收集器透镜被配置用于收集反射光，所述反射光来自从所述目标反射的所述至少两个光强度分布中的至少一个光强度分布。
13.根据权利要求12所述的光子设备，进一步包括返回阵列，所述返回阵列被配置用于探测经收集的所述反射光。
14.根据权利要求13所述的光子设备，其中所述返回阵列包括SPAD阵列。
15.根据权利要求13或14所述的光子设备，其中所述收集器透镜是多波长衍射光学元件，所述多波长衍射光学元件被配置用于将所述至少两个分离且离散的波长中的一个聚焦在所述返回阵列的第一部分上，并且将所述至少两个分离且离散的波长中的另一个聚焦在所述返回阵列的第二部分上，其中所述返回阵列的所述第一部分与所述返回阵列的所述第二部分相分离。
16.根据权利要求13或14所述的光子设备，进一步包括图案化的滤波器阵列，所述图案化的滤波器阵列被配置用于对经收集的所述反射光进行滤波，从而所述返回阵列被配置用于相对于所述至少两个分离且离散的波长中的一个而独立地探测所述至少两个分离且离散的波长中的另一个。
17.根据权利要求13至14中任一项所述的光子设备，进一步包括：
处理器，被配置用于从利用所述返回阵列所探测到的经收集的所述反射光确定飞行时间估计；并且其中
所述处理器进一步被配置用于基于来自利用所述返回阵列所探测到的经收集的所述反射光的所述飞行时间估计，来确定所述设备和所述目标之间的距离。
18.根据权利要求13至14中任一项所述的光子设备，进一步包括：
处理器，被配置用于确定利用所述返回阵列所探测到的经收集的所述反射光和参考信号之间的相位差；并且其中
所述处理器进一步被配置用于基于所述相位差确定所述设备和所述目标之间的距离。
19.根据权利要求10、11、13和14中任一项所述的光子设备，其中所述至少一个光源包括至少两个发光二极管，其中所述至少两个发光二极管中的每一个发光二极管被配置用于生成相应的分离且离散的波长。
20.根据权利要求10、11、13和14中任一项所述的光子设备，其中所述至少一个光源包括至少一个激光二极管，其中所述至少一个激光二极管被配置用于生成所述分离且离散的波长。
21.根据权利要求20所述的光子设备，其中所述至少一个激光二极管是多波长垂直腔面发射激光器。
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