[发明专利]并发性检测电路、光子检测器、脉冲式TOF传感器以及其实现方法

说明书

本申请提供一种用于单光子雪崩二极管宏像素的并发性检测电路、光子检测器、脉冲式TOF传感器以及其实现方法，单光子雪崩二极管宏像素包括至少一组单光子单元，每组单光子单元包括八个单光子雪崩二极管，每个单光子雪崩二极管连接一淬灭电路后输出触发信号，并发性检测电路接收触发信号并输出检测信号，其中，当每组单光子单元中有至少三个单光子雪崩二极管输出触发信号为高电平时，则对应的并发性检测电路输出检测信号为高电平，否则，并发性检测电路输出输出检测信号为低电平。本申请能够有效地避免了单个单光子雪崩二极管被环境光中的光子“误触发”的错误触发信号和雪崩信号产生的干扰，有效提高了飞行时间测量的准确性。

技术领域

本申请涉及图像领域，尤其涉及用于单光子雪崩二极管宏像素的并发性检测电路、光子检测器、脉冲式TOF传感器以及其实现方法。

背景技术

飞行时间测量法(TOF)是一种有效地获取待测物体的深度信息的方法。对于测量光的飞行时间，现在至少有两种方法可以实现，分别是直接式TOF测距法(D-TOF)和间接式TOF测距法(I-TOF)。对于D-TOF测距法，需要测量与光源同步的起始脉冲和当传感器接收到光信号后产生的停止脉冲之间的时间差，因此D-TOF测距法也叫脉冲式TOF测距法。对于I-TOF测距法，需要测量发射的并且经过调制的正弦信号与接收到的光信号之间的相位差，然后利用相位差根据公式计算出时间差，因此I-TOF测距法也叫相位式TOF测距法。相位式TOF测距法的优势是测量精度非常高，但是相位信号容易受到多周期的回波串扰，因此测量距离有限，适合近距离测距。脉冲式TOF测距法与相位式TOF测距法相比，测量的速度很快，因此不容易受到目标运动的影响，此外该方法抵抗环境光的能力非常强，可以对中远程距离的目标进行高精度的测距，因此在汽车无人驾驶方面展示出非常好的前景。

脉冲式TOF测距技术一般使用红外，近红外以及中红外作为激光光源，在测得激光脉冲在待测目标与测距系统之间的往返的飞行时间后，可通过光速与飞行时间求得系统与目标之间的距离。

脉冲式TOF传感器使用单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)作为光子检测器。当反偏电压大于雪崩电压时，即在盖革模式下，单光子雪崩二极管吸收光子会产生电子－空穴对，在高反偏电压产生的强电场作用下电子－空穴对被加速，从而获得足够的能量，然后与晶格发生碰撞，形成连锁效应，形成大量的电子空穴对，产生雪崩现象，单个光子即可使雪崩光电二极管达到饱和光电流。

光子探测效率对于SPAD来说是一个非常关键的指标，当SPAD进行光子探测的时候，并不是所有入射光子都能探测到，因此我们把SPAD探测到的光子的数量与所有光子数量之间的比值称为光子探测效率，这个指标是用于衡量SPAD探测光的能力。随着SPAD两端的反偏电压的上升，光子探测效率会随之上升，但是与此同时，暗计数也会增加，随着暗计数的增加速度变快，光子探测效率会慢慢下降，因此在这个过程中光子探测效率会有一个极值。

由于单个光子的能力就足以使单光子雪崩二极管发生雪崩击穿，所以单光子雪崩二极管极易受到外界环境光和自身暗计数的干扰而产生自行击穿，从而产生错误的触发信号，严重影响脉冲式TOF传感器测量深度的准确性。

发明内容

本申请提供一种用于单光子雪崩二极管宏像素的并发性检测电路、光子检测器、脉冲式TOF传感器以及其实现方法，能够在解决现在脉冲式TOF传感器使用单光子雪崩二极管作为光子检测器时因为容易受到外界环境光和自身暗计数干扰而影响脉冲式TOF传感器测量准确性的问题。