具有动态横向和时间分辨率的像素阵列的制作方法

本发明涉及用于在非常高的空间和时间分辨率下成像的传感器系统，由此提供单光子探测器(spd)的阵列，该阵列的输出信号经过用于滤除由于环境光、热噪声和其它影响而生成的误报的评估逻辑。

背景技术：

1、在现有技术中，高速成像系统必须应对许多要求和问题。第一个问题是探测入射光子的精度。在空间分辨率方面提出越来越高的要求，从而导致传感器阵列具有越来越多的单独的探测器(像素)。这意味着需要增加计算能力以读取所有所述探测器并将输出信号处理成图像。由于单独的像素总是(必须)变得更小，因此光敏性也必须增加，原因是它们具有有限的空间窗口以捕获光子。出于该原因，通常考虑非常灵敏的探测器，诸如spd或spad(单光子雪崩探测器)。

2、然而，所述探测器具有固有的缺点，即由于环境光和热噪声，增加的光敏性也引起不希望的激励。就其本身而言，探测器级别上的这种激励很难与源自系统故意发射以扫描场景的反射光的入射的“真实”探测区分开来。

3、除此之外，还要求成像系统在广泛的条件下使用，这些条件从几乎完全黑暗到非常明亮的情况，并且还与在反射性和到成像系统的距离方面不同的要捕获的物体/环境有关。因此，难以找到能够滤除误报并可以动态预测执行成像的可变环境的单一解决方案。

4、本发明的目的是找到至少许多上述问题的解决方案。

技术实现思路

1、本发明涉及根据权利要求1所述的改进的高速传感器成像系统。

2、在其它方面中，本发明涉及根据其它权利要求2～15所述的实施例。

1.一种高速传感器系统，其中，系统包括一个或多个光源，并且包括具有多个单光子探测器spd(2)的阵列(24)，所述探测器(2)在空间上以基本的矩阵形式分布在阵列(24)上，优选地彼此相距固定间隔，其中，spd(2)适于探测单光子(3)，并且用探测信号登记单光子(3)的探测。

2.根据权利要求1所述的高速传感器系统，其中，评估电路被配置为基于环境光以及基于探测到的光的强度和/或其它性能修改时空条件。

3.根据权利要求2所述的高速传感器系统，其中，系统被配置为在探测到环境光高于第一预定阈值时将位于虚拟宏像素(25)中的探测器(2)处的探测信号的最小数量设定为至少n的值，并且在低于第一预定阈值时设定为至多m的值，其中，m＜n，这里，m至少等于1，并且n至少等于2；

4.根据前述权利要求1～3中的任一项所述的高速传感器系统，其中，系统被配置为在并行满足相互不同的时空条件的至少两个预编程集合的情况下，确认探测信号。

5.根据前述权利要求1～4中的任一项所述的高速传感器系统，其中，光源发射具有已知束直径和/或已知横截面的光束或射束，其中，优选地横截面不是圆形或椭圆形，并且其中，时空条件进一步取决于束直径和/或横截面，优选地其中，宏像素(25)中的探测器的形式和/或数量取决于束直径和/或横截面。

6.根据前述权利要求1～5中的任一项所述的高速传感器系统，其中，评估电路对每个时间区段的观察的探测信号进行聚类，其中，时间区段是连续的并且具有相等的持续时间，并且其中，与要确认的探测器(2)的探测信号的观察时间相关联的时间区段是观察要确认的探测器(2)的探测信号的时间区段。

7.根据前述权利要求1～6中的任一项所述的高速传感器系统，其中，基于环境光以及基于探测到的光的强度，虚拟宏像素(25)可以被修改，其中，在探测到环境光低于第二预定阈值的情况下，在要确认的探测器(2)周围使用第一虚拟宏像素，并且在探测到环境光高于第二预定阈值的情况下，在要确认的探测器(2)周围使用第二虚拟宏像素，其中，第二虚拟宏像素包括比第一虚拟宏像素更少的探测器(2)。

8.根据前述权利要求1～7中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，探测器(2)设置有对探测器的探测信号进行归一化的淬灭电路，优选地其中，淬灭电路被设置在第二层中或在第二层之下的第三层之中。

9.根据前述权利要求1～8中的任一项所述的高速传感器成像系统，其特征在于，评估电路适于基于时空条件的多个集合确认探测器(2)的探测信号，其中，估计电路使探测信号并行地经受所述时空条件的多个集合中的每一个；

10.根据前述权利要求9的高速传感器成像系统，其中，所述时空条件的多个集合包括第一集合，其中，第一集合的时间区段的持续时间t1达到至少10纳秒，优选至少50纳秒，并且，第一集合的探测信号的最小数量m1等于1；其中，所述时空条件的多个集合包括第二集合，其中，第二集合的时间区段的持续时间t2达到小于10纳秒，并且，第二集合的探测信号的最小数量m2达到至少2；其中，所述时空条件的多个集合包括第三集合，其中，第三集合的时间区段的持续时间t3达到至少10纳秒，优选至少50纳秒，并且，第三集合的探测信号的最小数量m3等于1。

11.根据前述权利要求1～10中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，评估电路被配置为用于定义宏像素(25)，并且其中，探测器(2)的探测信号被一起合并在一个宏像素(25)中，并且其中，时空条件被施加在合并的探测信号上。

12.根据前述权利要求11的高速传感器成像系统，其中，评估电路被配置用于重新定义宏像素，其中，每个宏像素的探测器的数量可以被调整，优选地其中，评估电路被配置为基于探测器的探测信号，优选地基于时间单位上的探测信号的总数，自动重新定义宏像素。

13.根据前述权利要求1～12所述的高速传感器成像系统，其中，宏像素(25)可以采用阵列(24)的矩阵形式的以下配置中的至少两种：2×1、1×2、2×2、3×1、1×3、3×2、2×3、3×3和/或具有1个中心探测器以及每个直接相邻的探测器的星形。

14.根据前述权利要求1～13中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，评估电路使时间区段周期性地彼此相继。

15.根据前述权利要求1～14中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，对第一宏像素中的探测器的确认探测信号施加另一时空条件，其中，另一时空条件包括在第一宏像素内的探测器的确认探测信号的预定时间窗内探测与和第一宏像素相邻的宏像素中的探测器相关联的确认探测信号；

16.根据前述权利要求1～15中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，对第一宏像素中的探测器的确认探测信号施加另一时空条件，其中，另一时空条件包括在第一宏像素中的探测器的确认探测信号的预定时间窗口内在第一宏像素中探测与至少一个其它探测器相关联的确认探测信号，优选地与至少两个其它探测器相关联的确认探测信号。

17.根据前述权利要求1～16中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，时空条件的多个集合中的第一集合应用具有第一数量的探测器的宏像素(25)，并且，所述时空条件的多个集合中的第二集合应用具有第二数量的探测器的宏像素(2)，第一数量的探测器和第二数量的探测器彼此不同，并且，优选地其中，所述时空条件的多个集合中的第三集合应用具有第三数量的探测器的宏像素，第三数量的探测器与第一数量的探测器和第二数量的探测器不同。

18.根据前述权利要求1～17中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，具有k×l个探测器(2)的宏像素(25)中的探测器(2)位于正方形或矩形配置中，其中，由评估电路将探测器(2)从pi×qi个探测器(2)的r个互补子宏像素中聚类在宏像素(25)中，这里，i＝1...r，并且，pi小于或等于k/2并且qi小于或等于l/2；其中，由评估电路对每个子宏像素将探测器(2)的探测信号聚合成子宏像素探测信号，并且，评估电路被配置为用于将时空条件施加在宏像素(25)的子宏像素和子宏像素探测信号上，而不是施加在探测器(2)和宏像素(25)的探测信号上。

19.根据前述权利要求1～18中的任一项所述的高速传感器成像系统，其中，高速传感器系统涉及堆叠传感器系统。