[發(fā)明專利]并發(fā)性檢測電路、光子檢測器、脈沖式TOF傳感器以及其實(shí)現(xiàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910147117.5
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109799496A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐淵;潘安;王育斌;黃志宇;陳享
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市光微科技有限公司
• 主分類號: G01S11/12
• 分類號: G01S11/12;G01J1/44
• 代理公司: 深圳快馬專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44362
• 代理人: 趙亮;劉朗星

本申請?zhí)峁┮环N用于單光子雪崩二極管宏像素的并發(fā)性檢測電路、光子檢測器、脈沖式TOF傳感器以及其實(shí)現(xiàn)方法，單光子雪崩二極管宏像素包括至少一組單光子單元，每組單光子單元包括八個單光子雪崩二極管，每個單光子雪崩二極管連接一淬滅電路后輸出觸發(fā)信號，并發(fā)性檢測電路接收觸發(fā)信號并輸出檢測信號，其中，當(dāng)每組單光子單元中有至少三個單光子雪崩二極管輸出觸發(fā)信號為高電平時，則對應(yīng)的并發(fā)性檢測電路輸出檢測信號為高電平，否則，并發(fā)性檢測電路輸出輸出檢測信號為低電平。本申請能夠有效地避免了單個單光子雪崩二極管被環(huán)境光中的光子“誤觸發(fā)”的錯誤觸發(fā)信號和雪崩信號產(chǎn)生的干擾，有效提高了飛行時間測量的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及圖像領(lǐng)域，尤其涉及用于單光子雪崩二極管宏像素的并發(fā)性檢測電路、光子檢測器、脈沖式TOF傳感器以及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

飛行時間測量法(TOF)是一種有效地獲取待測物體的深度信息的方法。對于測量光的飛行時間，現(xiàn)在至少有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)，分別是直接式TOF測距法(D-TOF)和間接式TOF測距法(I-TOF)。對于D-TOF測距法，需要測量與光源同步的起始脈沖和當(dāng)傳感器接收到光信號后產(chǎn)生的停止脈沖之間的時間差，因此D-TOF測距法也叫脈沖式TOF測距法。對于I-TOF測距法，需要測量發(fā)射的并且經(jīng)過調(diào)制的正弦信號與接收到的光信號之間的相位差，然后利用相位差根據(jù)公式計算出時間差，因此I-TOF測距法也叫相位式TOF測距法。相位式TOF測距法的優(yōu)勢是測量精度非常高，但是相位信號容易受到多周期的回波串?dāng)_，因此測量距離有限，適合近距離測距。脈沖式TOF測距法與相位式TOF測距法相比，測量的速度很快，因此不容易受到目標(biāo)運(yùn)動的影響，此外該方法抵抗環(huán)境光的能力非常強(qiáng)，可以對中遠(yuǎn)程距離的目標(biāo)進(jìn)行高精度的測距，因此在汽車無人駕駛方面展示出非常好的前景。

脈沖式TOF測距技術(shù)一般使用紅外，近紅外以及中紅外作為激光光源，在測得激光脈沖在待測目標(biāo)與測距系統(tǒng)之間的往返的飛行時間后，可通過光速與飛行時間求得系統(tǒng)與目標(biāo)之間的距離。

脈沖式TOF傳感器使用單光子雪崩二極管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)作為光子檢測器。當(dāng)反偏電壓大于雪崩電壓時，即在蓋革模式下，單光子雪崩二極管吸收光子會產(chǎn)生電子－空穴對，在高反偏電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場作用下電子－空穴對被加速，從而獲得足夠的能量，然后與晶格發(fā)生碰撞，形成連鎖效應(yīng)，形成大量的電子空穴對，產(chǎn)生雪崩現(xiàn)象，單個光子即可使雪崩光電二極管達(dá)到飽和光電流。

光子探測效率對于SPAD來說是一個非常關(guān)鍵的指標(biāo)，當(dāng)SPAD進(jìn)行光子探測的時候，并不是所有入射光子都能探測到，因此我們把SPAD探測到的光子的數(shù)量與所有光子數(shù)量之間的比值稱為光子探測效率，這個指標(biāo)是用于衡量SPAD探測光的能力。隨著SPAD兩端的反偏電壓的上升，光子探測效率會隨之上升，但是與此同時，暗計數(shù)也會增加，隨著暗計數(shù)的增加速度變快，光子探測效率會慢慢下降，因此在這個過程中光子探測效率會有一個極值。

由于單個光子的能力就足以使單光子雪崩二極管發(fā)生雪崩擊穿，所以單光子雪崩二極管極易受到外界環(huán)境光和自身暗計數(shù)的干擾而產(chǎn)生自行擊穿，從而產(chǎn)生錯誤的觸發(fā)信號，嚴(yán)重影響脈沖式TOF傳感器測量深度的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┮环N用于單光子雪崩二極管宏像素的并發(fā)性檢測電路、光子檢測器、脈沖式TOF傳感器以及其實(shí)現(xiàn)方法，能夠在解決現(xiàn)在脈沖式TOF傳感器使用單光子雪崩二極管作為光子檢測器時因?yàn)槿菀资艿酵饨绛h(huán)境光和自身暗計數(shù)干擾而影響脈沖式TOF傳感器測量準(zhǔn)確性的問題。