头戴式显示器中单光子雪崩二极管阵列的热缓解
背景技术：
1.混合现实(mr)系统，包括虚拟现实和增强现实系统，由于其能够为其用户创建真正独特的体验而受到极大关注。作为参考，传统的虚拟现实(vr)系统通过将它们的用户的视图仅限制在虚拟环境中来创建完全身临其境的体验。在vr系统中，这通常是通过使用完全遮挡现实世界任何视图的头戴式设备(hmd)来实现的。结果，用户完全沉浸在虚拟环境中。相比之下，传统的增强现实(ar)系统通过视觉呈现放置在现实世界中或与现实世界交互的虚拟对象来创建增强现实体验。
2.如本文所使用的，vr和ar系统被可互换地描述和引用。除非另有说明，本文的描述同样适用于所有类型的混合现实系统，其(如上所述)包括ar系统、vr现实系统和/或能够显示虚拟对象的任何其他类似系统。
3.许多mr系统包括可用于多种目的的一个或多个图像传感器(例如，相机)。例如，mr系统可以利用使用相机获得的图像和/或深度信息来向用户提供用户环境的直通视图(pass-through view)。通常由利用使用图像传感器捕获的图像的mr系统执行的其他功能包括对象跟踪(例如，手部跟踪)、表面重建、语义标记、对象的3d重建和/或其他。
4.各种类型的图像传感器被用在mr系统中以促进前述功能和/或其他功能。与传统互补金属氧化物半导体(cmos)和/或电荷耦合器件(ccd)传感器相比，利用单光子雪崩二极管(spad)的图像传感器具有多种优势。
5.spad在使得spad能够检测单个光子的偏置电压下操作。在检测到单个光子时，形成电子-空穴对，并且电子跨高电场加速，引起雪崩倍增(例如，产生额外的电子-空穴对)。因此，每个检测到的光子都可能触发雪崩事件。spad可以以门控方式操作(每个门对应于单独的快门操作)，其中每个门控快门操作可以被配置为产生二进制输出。二进制输出可以包括“1”，其中在曝光期间检测到雪崩事件(例如，其中检测到光子)，或者包括“0”，其中没有检测到雪崩事件。
6.单独的快门操作可以在帧捕获时间段上集成。可以对帧捕获时间段上的快门操作的二进制输出进行计数，并且可以基于计数的二进制输出来计算强度值。
7.spad阵列可以形成图像传感器，其中每个spad形成spad阵列中的单独像素。为了捕获环境的图像，每个spad像素可以检测雪崩事件并且以本文描述的方式为连续快门操作提供二进制输出。可以对帧捕获时间段内的多个快门操作的每像素二进制输出进行计数，并且可以基于计数的每像素二进制输出来计算每像素强度值。每像素强度值可用于形成环境的强度图像。
8.由于spad输出的二值化，spad传感器可以避免读取噪声并因此有利于在弱光条件下和/或以减轻运动模糊的方式进行高帧率成像。除了图像捕获之外，spad输出的二值化还使spad传感器能够执行其他操作。例如，spad传感器可用于执行飞行时间深度操作，例如通过发射连续的光脉冲并使用不同的延迟时段(例如，脉冲的发射与快门操作的执行之间的延时)对每个光脉冲执行相应的快门操作。不同的延迟时段可以对应于脉冲光在被spad像素检测到之前可能已经行进的不同距离或距离范围。因此，系统可以跟踪导致在每像素基
础上检测到的光子的延时快门操作，从而获得每像素深度信息。
9.然而，spad传感器对与暗计数率或泄漏电流相关的噪声敏感。spad传感器信号中存在的暗计数率噪声随着温度的升高而增加，并且在某些情况下，温度每升高6-7℃，噪声就会增加一倍。因此，在实施用于图像捕获和/或飞行时间操作的spad传感器时，需要保持较低的传感器温度。
10.然而，当试图维持hmd(或另一紧凑或可穿戴/可移动设备)上的spad传感器温度较低时，会出现许多问题。例如，需要大量空间和/或重量的热缓解方法会增加设备体积和/或重量，从而降低hmd的用户体验。尽管许多hmd包含热管理部件，但通过增加此类部件的功耗来进一步降低整体hmd温度会导致电池寿命缩短，并且可能无法为spad传感器提供足够有针对性的热缓解。
11.此外，hmd在不同的环境和位置中使用并且由不同类型的用户使用。例如，hmd可能用在炎热、潮湿的环境(例如热带环境)中，这可能导致spad传感器温度较高，并因此导致spad传感器信号中的暗计数率增加。此外，hmd还包括除spad传感器之外的其他发热部件，例如显示器、激光二极管、处理器(例如中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、全息处理单元(hpu)等)、其他图像传感器(例如热感相机)、专用集成电路(asic)和/或其他。这些其他发热部件可能会导致spad传感器交叉加热，从而降低spad性能。
12.因此，至少出于前述原因，存在对hmd中的spad阵列的改进的热缓解的持续需求和期望。
13.本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述那些环境中操作的实施例。相反，该背景仅被提供来说明可以实践本文描述的一些实施例的一个示例性技术领域。
技术实现要素：
14.所公开的实施例涉及用于头戴式显示器(hmd)中的单光子雪崩二极管(spad)阵列的热缓解的系统、方法和设备。
15.一些实施例提供了被配置用于改进的散热的图像捕获模块。图像捕获模块包括：图像传感器；第一热扩散元件，该第一热扩散元件被定位成沿着第一散热路径将热量从图像传感器引导向图像捕获模块的第一部分；处理板，该处理板与图像传感器进行数据通信；以及第二热扩散元件，该第二热扩散元件被定位成沿着第二散热路径向图像捕获模块的第二部分消散来自处理板的热量。第一散热路径不与第二散热路径重叠，图像捕获模块的第一部分与图像捕获模块的第二部分分离。
16.在一些实施例中，图像捕获模块安装在hmd上，来自图像传感器的热量被消散到hmd的第一部分，并且来自处理板的热量被消散到hmd的第二部分。hmd的第二部分可以包括热总线，该热总线被配置为除了消散来自除图像捕获模块的处理板之外，还消散hmd的其他部件的热量。
17.提供本发明内容是为了以简化的形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容无意于识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也无意于用作确定所要求保护的主题的范围的帮助。
18.附加的特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地从描述中将是显而易见
的，或者可以通过本文的教导的实践而了解到。本发明的特征和优点可以通过所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。本发明的特征将从下面的描述和所附权利要求中变得更加明显，或者可以通过如下文阐述的本发明的实践来了解。
附图说明
19.为了描述获得上述和其他优点和特征的方式，将参考附图中示出的具体实施例对上面简要描述的主题进行更具体的描述。要理解的是，这些附图仅描绘了典型的实施例并且因此不应被认为是对范围的限制，将通过使用附图以额外的特性和细节来描述和解释实施例，其中：
20.图1示出了示例系统的示例部件，该示例系统可以包括或用于实现一个或多个所公开的实施例；
21.图2示出了头戴式显示器(hmd)中的单光子雪崩二极管(spad)传感器的示例实施方式，该hmd被配置用于促进不同物理环境中的一个或多个所公开的实施例；
22.图3a-3c示出了示例性图像捕获模块及其示例性散热特性；
23.图4示出了根据本公开的图像捕获模块的附加实施例；
24.图5示出了根据本公开的包括图像捕获模块的hmd的示例部件；以及
25.图6示出了描绘与spad阵列的热缓解相关联的动作的示例流程图。
具体实施方式
26.所公开的实施例总体上涉及特别是在头戴式显示器(hmd)中用于单光子雪崩二极管(spad)阵列的热缓解的系统、方法和设备。
27.技术益处、改进和实际应用的示例
28.鉴于本公开，本领域技术人员将认识到，所公开的实施例中的至少一些可以被实现以解决特别是在hmd上与用于spad传感器的热缓解的至少一些常规技术相关联的各种缺点。以下部分概述了所公开的实施例提供的一些示例改进和/或实际应用。然而，应当意识到，以下仅是示例并且本文描述的实施例决不限于本文讨论的示例改进。
29.本公开的实施例可以允许以有利于(例如，与用于将spad阵列实现到hmd中的常规方法相比)降低spad阵列的操作温度的方式将spad阵列实现到hmd中。在降低温度下操作的hmd上提供spad传感器可以减少使用spad传感器检测到的图像信号中暗计数率(dcr)(或简称计数率)的普遍性，这反过来又可以减少基于图像信号生成的图像中存在的噪声。暗计数率带来的噪声减少还可以改善依赖于图像信号的任何其他操作。
30.通过将spad阵列与图像捕获模块和/或hmd(或其他设备)的其他发热部件热隔离，本公开的实施方式可以促进以紧凑、有针对性的方式降低spad的操作温度，并且不需要显著增加功耗。
31.刚刚描述了所公开的实施例的各种高级特征和益处中的一些，现在将注意力转向图1至图6。这些图示出了与所公开的实施例相关的各种概念表示、架构、方法和支持说明。
32.用于spad阵列的热缓解的示例系统和技术
33.现在关注图1，图1示出了可以包括或用于实现一个或多个所公开的实施例的示例系统100。图1将系统100描绘为头戴式显示器(hmd)，其被配置为放置在用户的头部上方以
显示供用户的眼睛观看的虚拟内容。这样的hmd可以包括增强现实(ar)系统、虚拟现实(vr)系统和/或任何其他类型的hmd。尽管本公开在至少一些方面关注被实现为hmd的系统100，但是应当注意，本文描述的用于spad阵列的热缓解的技术可以使用其他类型的系统来实现。
34.图1示出了系统100的各种示例部件。例如，图1示出了其中系统包括处理器102、存储装置104、传感器110、i/o系统114以及通信系统116的实现方式。虽然图1将系统100示出为包括特定部件，但是鉴于本公开，人们将意识到，系统100可以包括任何数量的附加或替代部件。
35.处理器102可以包括一组或多组电子电路，其包括任何数量的逻辑单元、寄存器和/或控制单元，以促进计算机可读指令(例如，形成计算机程序的指令)的执行。这样的计算机可读指令可以存储在存储装置104内。存储装置104可以包括物理系统存储器并且可以是易失性的、非易失性的或它们的某种组合。此外，存储装置104可以包括本地存储装置、远程存储装置(例如，可经由通信系统116或其他方式访问)或它们的某种组合。下文将提供与处理器(例如，处理器102)和计算机存储介质(例如，存储装置104)相关的附加细节。
36.在一些实施方式中，处理器102可包括或可被配置为执行软件和/或硬件部件的任何组合，所述软件和/或硬件部件可操作以促进使用机器学习模型或其他基于人工智能的结构/架构的处理。例如，处理器102可以包括和/或利用可操作来执行功能块和/或处理层的硬件部件或计算机可执行指令，所述功能块和/或处理层以非限制性示例的方式被配置为单层神经网络、前馈神经网络、径向基函数网络、深度前馈网络、循环神经网络、长短期记忆(lstm)网络、门控循环单元、自动编码器神经网络、变分自动编码器、去噪自动编码器、稀疏自动编码器、马尔可夫链、hopfield神经网络、玻尔兹曼机网络、受限玻尔兹曼机网络、深度信念网络、深度卷积网络(或卷积神经网络)、反卷积神经网络、深度卷积逆图形网络、生成对抗网络、液体状态机、极限学习机、回声状态网络、深度残差网络、kohonen网络、支持向量机、神经图灵机和/或其他网络。
37.如将更详细地描述的，处理器102可以被配置为执行存储在存储装置104内的指令106以执行与spad阵列的热缓解相关联的某些动作。这些动作可以至少部分地依赖于以易失性或非易失性方式存储在存储装置104上的数据108。
38.在一些情况下，动作可以至少部分地依赖于从远程系统120接收数据的通信系统116，远程系统118可以包括例如单独的系统或计算设备、传感器和/或其他。通信系统118可以包括可操作以促进系统内部件/设备之间和/或与系统外部件/设备之间的通信的软件或硬件部件的任意组合。例如，通信系统118可以包括端口、总线或用于与其他设备/部件通信的其他物理连接装置。另外或替代地，通信系统118可包括可操作以通过任何合适的通信信道(例如，作为非限制性示例，蓝牙、超宽带、wlan、红外通信和/或其他)与外部系统和/或设备无线通信的系统/部件。
39.图1示出了系统100可以包括传感器110或与传感器110通信。传感器110可以包括用于捕获或测量表示可感知现象的数据的任何设备。作为非限制性示例，传感器110可以包括一个或多个图像传感器、麦克风、温度计、气压计、磁力计、加速计、陀螺仪和/或其他传感器。
40.图1还示出了传感器110可以包括spad阵列112。如图1所示，spad阵列112可以包括
spad像素120的布置，每个spad像素120被配置为响应于感测到光子而促进雪崩事件，如上所述。spad阵列112可以在系统100(例如，mr hmd)上实现以促进各种功能，例如图像捕获和/或计算机视觉任务。
41.此外，图1示出了系统100可以包括i/o系统114或与i/o系统114通信。i/o系统114可以包括任何类型的输入或输出设备，例如通过非限制性示例是触摸屏、鼠标、键盘、控制器和/或其他，但不限于此。例如，i/o系统114可以包括显示系统，该显示系统可以包括任意数量的显示面板、光学器件、激光扫描显示组件和/或其他部件。在一些情况下，spad阵列112可以配置有与显示系统的像素分辨率相匹配的spad像素120的分辨率，这可以有利于高保真直通成像。
42.图2示出了单光子雪崩二极管(spad)传感器的示例实施方式，该spad传感器可以在头戴式显示器(hmd)中实现，该hmd被配置用于促进不同物理环境中的一个或多个所公开的实施例。具体地，图2示出了示例hmd 200，其可以在至少一些方面对应于上文参考图1描述的系统100。如图2所示，hmd 200包括spad传感器202a和202b，它们一起可以包括一对立体声spad传感器。spad传感器202a和202b可以被配置为捕获如上所述的强度图像帧(例如，通过在每像素基础上对在帧捕获时间段内检测到的光子或雪崩事件进行计数)。使用spad传感器202a和202b捕获的强度图像可以用于多种目的，例如促进图像/视频捕获、直通成像、深度计算、对象跟踪、对象分割、表面重建、同时定位和映射(slam)和/或其他。尽管图2示出了一对立体spad传感器202a和202b，但是hmd 200可以为了附加或替代目的而实现任何数量的附加或替代spad传感器(例如，与有源照明器耦合的spad传感器，提供门控飞行时间传感器)。
43.hmd 200的spad传感器202a和202b可以被配置为捕获各种照明条件下的真实世界环境。例如，图2示出了明亮环境220和低光环境230。明亮环境220可以具有约10勒克斯或以上的环境照明，而低光环境230可以具有约10勒克斯或以下的环境照明。
44.如上所述，spad容易受到暗计数率产生的噪声的影响，这随着较高的操作温度而加剧。该噪声影响图像质量并且对于使用spad捕获的低光环境230的图像尤其有害。例如，当在低光环境230中成像时，spad可以检测少量的光子(例如，在一些情况下10个或更少)。当形成spad检测到的信号的光子数量较少时，信号中的噪声影响(由暗计数率引起)可能会变得更加普遍或占主导地位。
45.此外，如上所述，hmd 200通常包括引起交叉加热的其他部件，交叉加热增加了spad传感器的操作温度，因此这会增加spad传感器的暗计数率(并且因此增加噪声)。例如，图2示出hmd 200可以包括位于hmd 200上的显示器206以显示图像以供操作hmd 200的用户的一只或多只眼睛观看。在一些情况下，显示器206包括光学透明显示组件的至少一部分，其被配置为向用户显示图像，同时允许环境光(如果有的话)向用户的眼睛传输。在一些情况下，显示器206包括光学不透明显示组件的至少一部分，其被配置为向用户显示图像，同时基本上防止环境光(如果有的话)向用户的眼睛传输或到达用户的眼睛。显示器206可包括可引起spad传感器202a和202b的加热的各种部件，例如激光二极管、微机电系统(例如，mems镜子)等。
46.另外，如图2所示，hmd 200可以包括其他相机204，例如rgb相机、红外相机(例如热感相机)、紫外相机和/或出于各种目的而实现的其他图像感测部件。其他相机204也可引起
spad传感器202a和202b的加热，从而增加spad传感器202a和202b的暗计数率。
47.hmd 200(或其他系统)可以附加地或替代地包括图2中未明确示出的任何数量的其他部件，其可以增加hmd 200(或其他系统)上存在的spad传感器的操作温度，例如处理单元(例如，处理器102、cpu、gpu、hpu)、专用集成电路(asic)和/或其他。
48.图3a-3c示出了示例图像捕获模块300及其示例散热特性。如本文所述，图像捕获模块300可以通过消散来自图像感测部件的热量和/或通过将图像感测部件与会导致图像感测部件的交叉加热的其他部件热隔离来促进其图像感测部件(例如，spad阵列)的热缓解。
49.图3a以部分横截面示出了图像捕获模块300的概念表示，以强调图像捕获模块300的某些部件。例如，尽管图像捕获模块300的透镜外壳302容纳配置为将光引向图像捕获模块300的图像传感器的透镜组件，为了简单起见，图3a省略了透镜组件的细节。
50.图3a示出了被实现为spad传感器304的图像捕获模块300的图像传感器，spad传感器304包括如上所述的spad传感器像素阵列。尽管图3a描绘了spad传感器304，但是本公开的技术可以用于促进其他类型的图像传感器(例如，其他类型的硅传感器)的热缓解。
51.图3a还示出了定位在图像捕获模块300上靠近或接近spad传感器304的第一热扩散元件310。第一热扩散元件310被配置为与spad传感器热连通，以便允许第一热扩散元件310将spad传感器304产生的热量引导远离spad传感器304。这样的功能可以促进spad传感器304的较低操作温度并且因此可以减少由暗计数率导致的噪声。第一热扩散元件310(或本文描述的任何热扩散元件)可以包括具有足够高导热率的任何合适的材料，例如铜、铝、金刚石、钼和/或其他材料。
52.图3a示出了一种实施方式，其中由spad传感器304产生的热量经由热电冷却器306(tec 306)被引导至第一热扩散元件310。tec 306在图3a中被示出为邻接spad传感器304的有源区域308(或光子检测区域)，以便将热量从spad传感器304的有源区域308传递到第一热扩散元件310。用于传递来自spad传感器304的有源区域308的热量的tec 306的使用可以有利地允许spad传感器304在低于spad传感器304周围的环境温度下操作。
53.在一些情况下，响应于检测到spad传感器304的温度(或有源区域308的温度)满足阈值温度(例如，高于30℃或其他温度值)，(例如，通过系统100的指令106的执行)选择性地激活tec 306。例如，tec 306可以保持不活动，除非感测与spad传感器304相关联的温度的温度传感器指示与spad传感器304相关联的温度达到或超过阈值温度，这可以触发tec 306的激活以冷却该spad传感器304。在其他情况下，tec 306在spad传感器304活动的同时保持活动。
54.除了tec 306之外或作为tec 306的替代，还可以使用其他类型的热扩散装置，例如热管、均热板等。此外，在一些情况下，图像捕获模块300省略了tec 306或其他类型的热扩散装置，将第一热扩散元件310放置为与spad传感器304的有源区域308直接接触。例如，图4示出了省略了tec并且其中第一热扩散元件410包括延伸至与spad传感器304的有源区域308接触的部分402的图像捕获模块400的示例实施方式。在一些情况下，省略tec 306减少了与spad传感器304的热缓解相关联的功耗。
55.再次返回到图3a，图像捕获模块300包括处理板，处理板经由连接器316与spad传感器304进行数据通信。处理板包括逻辑单元、控制单元和/或其他部件(例如，调节器314)，
在一些情况下，它们被配置用于促进基于在spad传感器处检测到的光子的光子计数(例如，以形成图像)。图3a的处理板被示为现场可编程门阵列312(fpga 312)，但是其他类型的处理电路系统(例如，微处理器)也在本公开的范围内。
56.在操作期间，fpga 312产生热量，该热量可引起spad传感器304的交叉加热(从而增加spad传感器304的暗计数率)。因此，图3a将fpga 312示出为在图像捕获模块300上被定位为与spad传感器304在空间上偏移，从而在spad传感器304和fpga 312之间提供热隔离。此外，图3a示出了fpga 312与第二热扩散元件318进行热连通，第二热扩散元件318与从spad传感器304接收热量的第一热扩散元件310分离。第二热扩散元件318被配置为将fpga 312产生的热量引导远离fpga 312。通过分别针对spad传感器304和fpga 312使用单独的热扩散元件310和318，图像捕获模块有利地避免了热量从fpga 312向spad传感器304传递。
57.为了进一步防止spad传感器304与fpga 312之间的交叉加热，第一热扩散元件310和第二热扩散元件318被配置为沿着不同的散热路径消散热量。图3b示出了第一散热路径322，其指示通过图像捕获模块300从spad传感器304消散的热流。第一散热路径322在图3b中用白色箭头描绘。第一散热路径322可以至少部分地包围第一热扩散元件310的至少一部分和/或图像捕获模块300的其他部件，例如透镜外壳302的至少一部分和/或图像捕获模块300的其他结构元件。
58.与第一热扩散元件310一样，第一散热路径(以及本文描述的其他散热路径)可以由具有适当高导热率的任何材料形成。
59.图3b示出第一散热路径322将从spad传感器304经由第一热扩散元件310传递的热引导向图像捕获模块300的第一部分。在图3b所示的示例实现方式中，接收从spad传感器304传递的热量的图像捕获模块300的第一部分是图像捕获模块300的前部330。在一些情况下，图像捕获模块300的前部330至少部分地暴露于环境332(例如，空气、水、空的空间等)，从而允许传递到图像捕获模块300的前部330的热量消散到图像捕获模块300周围的环境332中。这样的功能可以促进spad传感器304的冷操作温度。
60.尽管图3b关注来自spad传感器304的热量被传递到图像捕获模块300的前部330的示例，但是根据本公开，第一散热路径322可以将热量从spad传感器304传递到图像捕获模块300的其他部分或另一设备。
61.图3c示出了第二散热路径324，其指示从fpga 312通过图像捕获模块300消散的热流。第二散热路径324在图3c中用黑色箭头描绘。第二散热路径324可以至少部分地包围第二热扩散元件318的至少一部分和/或图像捕获模块300的其他部件。
62.图3c示出第二散热路径324将从fpga 312经由第二热扩散元件318传递的热引导向图像捕获模块300的第二部分(例如，向图像计算或图像处理引擎)。在图3c所示的示例实现方式中，接收从fpga 312传递的热量的图像捕获模块300的第二部分是图像捕获模块300的后部334。与上面讨论的图像捕获模块300的前部330类似，在一些情况下，图像捕获模块300的后部334可以将热量从fpga 312引导至环境或与图像捕获模块300分离或不同的其他设备/部件(例如，hmd的热总线，如下文示例中所述)。
63.尽管图3c关注来自fpga 312的热量被传递到图像捕获模块300的后部334的示例，但是根据本公开，第二散热路径324可以将热量从fpga 312传递到图像捕获模块300的其他部分或另一设备。
64.从图3c中可以明显看出，第二散热路径324与第一散热路径322分离并且不与第一散热路径322重叠。例如，图3c示出了将第一散热路径322与第二散热路径324分开(也将第一热扩散元件310与第二热扩散元件318分开)的热隔离材料320。图3c所示示例的热隔离材料320将第一散热路径322与第二散热路径324热隔离，以帮助防止从fpga 312传递的热量交叉加热spad传感器304。
65.热隔离材料320可以由具有适当低导热率的任何材料形成，例如，作为非限制性示例，塑料、树脂、玻璃和/或其他材料。在一些实施方式中，热隔离间隙而不是热隔离材料320介入在第一散热路径322与第二散热路径324之间。例如，图像捕获模块300可以包括两个单独的部分，其中一个部分包括spad传感器304和包括fpga 312的其他部分。这两个部分可以以防止第一散热路径322接触第二散热路径324的方式单独安装到hmd，从而在第一散热路径322与第二散热路径324之间提供热隔离间隙。
66.图3a-3c的图像捕获模块300示出了图像传感器(例如，spad传感器304)可以与同一图像捕获模块300内的处理板(例如，fpga 312)热隔离，从而有利地防止从处理板到图像传感器的交叉加热。参考图3a-3c讨论的原理和/或技术可以应用于在hmd上实现热缓解的spad传感器。
67.图5示出了包括图像捕获模块的hmd的示例部件。具体地，图5示出了被配置为容纳图像捕获模块300的hmd图像捕获模块机箱502。与参考图3a-3c讨论的示例类似，图像捕获模块可以包括spad传感器304、tec 306、第一热扩散元件310、第一散热路径322、fpga 312、第二热扩散元件318、第二散热路径324以及介于第一散热路径322与第二散热路径324之间的热隔离材料320。
68.第一散热路径322将热量从spad传感器304引导至hmd(例如，hmd 200)的第一部分530，hmd图像捕获模块机箱502是hmd的第一部分530的一部分。在一些实施方式中，hmd的第一部分530可以与图像捕获模块300的前部重合，并且图像捕获模块300的前部可以至少部分地形成hmd的前面(参见图2，(其中spad传感器202a和202b的前部位于hmd的前面)。以此方式，从spad传感器304传递的热量可被引导至hmd的第一部分530(或hmd的前面)，以允许来自spad传感器304的热量消散到hmd周围的环境中(例如，经由在使用期间与hmd的第一部分530接合的风)。
69.第二散热路径324将热量从fpga 312引导至hmd的第二部分540(例如，hmd 200)，hmd图像捕获模块机箱502是hmd的第二部分540的一部分。图5所示的示例将hmd的第二部分540示出为包括hmd的hmd热总线504。hmd热总线504被配置为将热量从fpga 312(例如，从第二热扩散元件318)引导至hmd的另一部分，例如引导至hmd的后部或顶部，以将热量消散到hmd周围的环境。
70.在一些实施方式中，hmd热总线504被配置为结合图像捕获模块300的fpga 312从hmd的一个或多个附加部件消散热量。例如，图5示出了从hmd的其他部件延伸到hmd热总线504的箭头，概念性地表示来自hmd的其他部件的热量可以被引导至hmd热总线504以用于热管理目的。图5示出了hmd的其他部件，包括处理单元506、激光二极管508、显示器510、asic 512和其他图像捕获模块514。然而，根据本公开，附加的或者替代的hmd部件可以将热量传递至hmd热总线504。
71.因此，在一些实施方式中，fpga 312与hmd的其他部件共享hmd热总线504以组合
fpga 312和hmd的其他部件的散热路径。这样的实施方式可以允许fpga 312和hmd的其他部件之间的交叉加热。然而，因为fpga 312和/或hmd的其他部件不像spad传感器304那样容易受到来自暗计数率的噪声的影响，所以这种交叉加热可能对用户体验具有最小的影响或没有影响。
72.相反，因为spad传感器304容易受到来自暗计数率的噪声的影响，所以spad传感器304不与fpga 312和hmd的其他部件共享hmd热总线504。spad传感器304替代地利用单独的散热通道来将热量从spad传感器304引导至hmd的不同部分。在这点上，spad传感器304及其散热路径与fpga 312和hmd的其他部件热隔离。此外，spad传感器304与fpga 312和hmd的其他部件的散热路径热隔离。
73.以这种方式，可以减轻或避免从fpga 312和hmd的其他部件到spad传感器304的交叉加热，并且可以降低hmd的spad传感器304中的暗计数率，从而提高由spad传感器304捕获的图像(特别是在低光成像条件下捕获的图像)的图像质量。
74.用于spad阵列的热缓解的示例方法
75.下面的讨论现在涉及可以由所公开的系统执行的多种方法和方法动作。尽管方法动作是按一定顺序讨论的，并且在流程图中说明为按特定顺序发生的，但除非特别说明或者因为一个动作依赖于在执行该动作之前完成的另一个动作而需要，否则不需要特定的排序。人们将意识到，本公开的某些实施例可以省略本文描述的一项或多项动作。
76.图6示出了描述与spad阵列的热缓解相关联的动作的示例流程图600。对流程图中表示的各种动作的讨论包括对参照图1至图5更详细描述的各种硬件部件的参考。
77.流程图600的动作602包括在图像捕获模块的图像传感器处产生第一热量。在一些情况下，利用系统100及其部件(例如，处理器102、存储装置104、传感器110、i/o系统114、通信系统116)、spad传感器202a、202b、304和/或其他部件来执行流程图600的动作602。在一些情况下，图像传感器是硅传感器，例如spad像素阵列。响应于检测到的光子应用快门操作来触发雪崩事件可能会产生热量。
78.流程图600的动作604包括在图像捕获模块的处理板处产生第二热量。在一些情况下，利用系统100、其部件(例如，处理器102、存储装置104、传感器110、i/o系统114、通信系统116)、fpga 312、和/或其他部件来执行流程图600的动作604。在一些实施方式中，处理板与动作602的图像传感器进行数据通信。在一些情况下，如上所述，处理板包括fpga。
79.流程图600的动作606包括利用第一热扩散元件沿着第一散热路径向图像捕获模块的第一部分消散第一热量。在一些情况下，利用系统100、其部件(例如，处理器102、存储装置104、传感器110、i/o系统114、通信系统116)、第一热扩散元件310、第一散热路径322、tec 306和/或其他部件来执行流程图600的动作606。如上所述，在一些情况下，邻接图像传感器的tec将第一热量从图像传感器传递到第一热扩散元件以沿着第一散热路径消散。此外，在一些情况下，第一热量被传递到的图像捕获模块的第一部分是图像捕获模块的前部(或hmd的前部)。
80.流程图600的动作608包括利用第二热扩散元件沿第二散热路径向图像捕获模块的第二部分消散第二热量，其中第一散热路径不与第二散热路径重叠，并且其中图像捕获模块的第一部分与图像捕获模块的第二部分分离。在一些情况下，利用系统100、其部件(例如，处理器102、存储装置104、传感器110、eo系统114、通信系统116)、第二热扩散元件318、
第二散热路径324和/或其他部件来执行动作608。在一些情况下，图像捕获模块的第二部分是图像捕获模块的后部。此外，在一些实施方式中，热隔离材料将第一散热路径与第二散热路径分开，以促进图像传感器和处理板之间的热隔离。
81.流程图600的动作610包括：从图像捕获模块的第二部分向头戴式显示器(hmd)的热总线消散第二热量。在一些情况下，利用系统100、其部件(例如，处理器102、存储装置104、传感器110、i/o系统114、通信系统116)、第二热扩散元件318、第二散热路径324、hmd热总线504和/或其他部件来执行动作610。在一些情况下，hmd的热总线被配置为消散来自hmd的一个或多个附加部件的热量，作为非限制性示例，这些附加部件可以包括处理单元、激光二极管、显示器、专用集成电路(asic)和/或单独的图像捕获模块。
82.所公开的实施例可以包括或利用包括计算机硬件的专用或通用计算机，如下文更详细讨论的。所公开的实施例还包括用于承载或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理和其他计算机可读介质。这样的计算机可读介质可以是可由通用或专用计算机系统访问的任何可用介质。以数据形式存储计算机可执行指令的计算机可读介质是一个或多个“物理计算机存储介质”或“硬件存储设备”。仅承载计算机可执行指令而不存储计算机可执行指令的计算机可读介质是“传输介质”。因此，作为示例而非限制，当前实施例可以包括至少两种截然不同的计算机可读介质：计算机存储介质和传输介质。
83.计算机存储介质(也称为“硬件存储设备”)是计算机可读硬件存储设备，例如ram、rom、eeprom、cd-rom、基于ram、闪存、相变存储器(“pcm”)或其他类型的存储器的固态驱动器(“ssd”)、或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或可用于在硬件中存储计算机可执行指令、数据或数据结构的形式的期望的程序代码装置并且可以由通用或专用计算机访问的任何其他介质。
[0084]“网络”被定义为能够在计算机系统和/或模块和/或其他电子设备之间运送电子数据的一个或多个数据链路。当信息通过网络或另一通信连接(硬连线、无线、或者硬连线或无线的组合)传送或提供到计算机系统时，计算机系统正确地将连接视为传输介质。传输介质可以包括网络和/或数据链路，其可以用于承载计算机可执行指令或数据结构形式的程序代码，并且可以由通用或专用计算机访问。上述的组合也包括在计算机可读介质的范围内。
[0085]
此外，在到达各种计算机系统部件时，计算机可执行指令或数据结构形式的程序代码装置可以自动地从传输计算机可读介质传送到物理计算机可读存储介质(或反之亦然)。例如，通过网络或数据链路接收的计算机可执行指令或数据结构可以缓冲在网络接口模块(例如，“nic”)内的ram中，然后最终传送到计算机系统ram和/或计算机系统中的较不易失性计算机可读物理存储介质。因此，计算机可读物理存储介质可以被包括在也(或者甚至主要)利用传输介质的计算机系统部件中。
[0086]
计算机可执行指令包括例如使得通用计算机、专用计算机或专用处理设备执行特定功能或功能组的指令和数据。计算机可执行指令可以是例如二进制、诸如汇编语言的中间格式指令、或者甚至是源代码。尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了本主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于上述所描述的特征或动作。相反，所描述的特征和动作被公开为实现权利要求的示例形式。
[0087]
所公开的实施例可以包括或利用云计算。云模型可以由各种特征(例如，按需自助
服务、广泛的网络访问、资源池、快速弹性、可测量服务等)、服务模型(例如，软件即服务(“saas”)、平台即服务(“paas”)、基础设施即服务(“iaas”)和部署模型(例如私有云、社区云、公共云、混合云等)构成。
[0088]
本领域技术人员将理解，本发明可以在具有许多类型的计算机系统配置的网络计算环境中实践，包括个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、消息处理器、手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、网络pc、小型计算机、大型计算机、移动电话、pda、寻呼机、路由器、交换机、可穿戴设备等。本发明还可以在分布式系统环境中实践，其中通过网络(或者通过硬连线数据链路、无线数据链路或者通过硬连线数据链路和无线数据链路的组合)链接的多个计算机系统(例如，本地和远程系统)执行任务。在分布式系统环境中，程序模块可以位于本地和/或远程存储器存储设备中。
[0089]
替代地或附加地，本文描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来执行。例如但不限于，可以使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(fpga)、专用程序集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)和/或其他。
[0090]
如本文所使用的，术语“可执行模块”、“可执行组件”、“组件”、“模块”或“引擎”可以指代硬件处理单元或可以在一个或多个计算机系统上执行的软件对象、例程或方法。本文描述的不同组件、模块、引擎和服务可以被实现为在一个或多个计算机系统上执行的对象或处理器(例如，作为单独的线程)。
[0091]
人们还将意识到本文公开的任何特征或操作可以如何与本文公开的其他特征和操作中的任何一个或组合来组合。另外，任一附图中的内容或特征可以与任何其他附图中使用的任何内容或特征组合或结合使用。就这一点而言，任何一幅附图中公开的内容不是相互排斥的，而是可以与来自任何其他附图的内容组合。
[0092]
在不背离本发明的精神或特征的情况下，本发明可以以其他具体形式来实施。所描述的实施例在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前述描述来指示。落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变均被包含在其范围内。