探测装置及方法制造方法及图纸

探测装置，该探测装置，包括：脉冲光源，被配置为发射脉冲光信号；探测器阵列，包含多个像素单元，所述像素单元至少部分为工作单元，其响应于多个窗口期间入射在其上的背景光和/或信号光光子而获得激发信息；处理模块，依据所述工作单元的激发信息，获取时间范围信息；所述探测器阵列的像素单元至少部分的工作单元，还响应于依据所述处理模块获得的时间范围信息相关的多个窗口期间，入射在其上的背景光和/或信号光光子而获得激发信息；所述处理模块依据时间范围信息相关的多个窗口期间激发信息，获取最终的目标探测信息。获取最终的目标探测信息。获取最终的目标探测信息。

【技术实现步骤摘要】
探测装置及方法


[0001]本申请涉及探测
，特别涉及一种探测装置及方法。

技术介绍

[0002]飞行时间测距法(Time of flight，TOF)，其原理是通过给目 标物连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过 探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。
[0003]而直接飞行时间探测(Direct Time of flight，DTOF)作为TOF 的一种，DTOF技术通过计算光脉冲的发射和接收时间，直接获 得目标距离，具有原理简单，信噪比好、灵敏度高、精确度高等 优点，受到了越来越广泛的关注，同样采用ITOF的方案也能够 获得高精度和高灵敏度的距离检测方案。
[0004]直接飞行时间探测包括直接测量发射辐射与从物体或其他目 标反射后检测辐射之间的时间长度。由此，可以确定到目标的距 离。
[0005]在一些应用中，可以使用包括单光子检测器(例如单光子)
[0006]在内的光电探测器阵列来执行反射辐射的感测
[0007]雪崩二极管(SPAD)阵列。一个或多个光电探测器可以限 定阵列的探测器像素。SPAD阵列可以在可能需要高灵敏度和定 时分辨率的成像应用中用作固态光电探测器。SPAD基于半导体 结(例如，p-n结)，当例如通过或响应于具有期望脉冲宽度的选 通信号而被偏置到其击穿区域之外时，该半导体结可以检测入射 光子。高的反向偏置电压会产生足够大小的电场，从而使引入器 件耗尽层的单个电荷载流子可以通过碰撞电离引起自持雪崩。可 以通过淬火电路主动(例如，通过降低偏置电压)或被动地(例 如，通过使用串联电阻两端的压降)对雪崩进行淬火，以使设备
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复位”以进一步检测光子。起始电荷载流子可以通过单个入 射光子撞击高电场区域而光电产生。正是这一功能使人们产生了
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单光子雪崩二极管”的名称。这种单光子检测操作模式通常称 为“盖革模式”。
[0008]为了计数入射在SPAD阵列上的光子，某些ToF像素方法可 能使用数字计数器或模拟计数器来指示光子的检测和到达时间， 也称为时间戳记。数字计数器可能更易于实现和扩展，但是就面 积而言(例如，相对于阵列的物理尺寸而言)可能更昂贵。模拟 计数器可能更紧凑，但是可能会受到光子计数深度(位深)，噪声 和/或均匀性问题的限制。
[0009]为了给入射光子加上时间戳，一些基于SPAD阵列的ToF像 素方法使用了时间数字转换器(TDC)。TDC可以在飞行时间成 像应用中使用，以提高单个时钟周期的定时分辨率。这种数字方 法的一些优势可能包括TDC的大小倾向于随着技术节点而扩展， 并且所存储的值可以对泄漏更健壮。
[0010]但是，TDC电路可能只能在单个事件中处理一个事件
[0011]测量周期，这样一排SPAD可能需要多个TDC。TDC可能也比 较耗电，这使得更大的阵列更难以实现。TDC还可能生成相对大量 的数据，例如，每个光子一个16位时间戳。连接到TDC的单个SPAD 可能每秒产生数百万个这样的时间戳。因此，相对于可用的输入/输 出
带宽或功能，大于100,000像素的成像阵列会产生不可行的大数据 速率。但是完全不实用TDC测量精度又达不到。

技术实现思路

[0012]本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种探测 装置及方法，以解决现有的探测装置大数据速率以及精度不够的技术 问题。
[0013]为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
[0014]第一方面，本申请实施例提供了一种探测装置，包括：包括：脉 冲光源，被配置为发射脉冲光信号；探测器阵列，包含多个像素单元， 所述像素单元至少部分为工作单元，其响应于多个窗口期间入射在其 上的背景光和/或信号光光子而获得激发信息；处理模块，依据所述 工作单元的激发信息，获取时间范围信息；所述探测器阵列的像素单 元至少部分的工作单元，还响应于依据所述处理模块获得的时间范围 信息相关的多个窗口期间，入射在其上的背景光和/或信号光光子而 获得激发信息；所述处理模块依据时间范围信息相关的多个窗口期间 激发信息，获取最终的目标探测信息。
[0015]可选地，述多个窗口期间的时间宽度大于所述时间范围信息相关 的多个窗口期间的时间宽度。
[0016]可选地，所述时间范围信息相关的多个窗口期间，所述探测装置 还包含TDC模块，所述TDC模块输出与所述时间范围信息相关的多 个窗口期间的激发信息的时间码至所述处理模块。
[0017]可选地，所述的处理模块根据所述时间码构造直方图。
[0018]可选地，根据所述时间范围信息和/或所述直方图确定所述脉冲 光束的飞行时间。
[0019]可选地，所述脉冲光源发射N次脉冲，所述探测阵列的工作像 素单元获得所述N次脉冲中背景光和/或信号光光子激发的统计信 息。
[0020]可选地，所述探测器阵列为SPAD阵列。
[0021]可选地，所述多个窗口期间的时间宽度相同。
[0022]可选地，所述多个窗口期间的时间宽度与背景光相关。
[0023]可选地，所述多个窗口期间的时间宽度按照背景光触发所述探测 器阵列中的工作像素单元的概率阈值配置。
[0024]可选地，所述多个窗口期间的时间宽度按照至少如下之一的方式
[0025]配置：
[0026]预设固定值或函数关系、表格关系对应时间固定校正，开机标定， 自适应调整。
[0027]可选地，所述多个窗口期间的时间宽度与距离相关，且至少部分 时间宽度不相等。
[0028]可选地，所述处理模块输出的时间范围为N次脉冲中背景光和/ 或信号光光子激发的统计信息中工作单元最多触发次数对应的时间 范围。
[0029]第二方面，本申请实施例提供了一种探测方法，应用于上述第一 方面所述的探测装置，所述探测方法包括：
[0030]光源向探测物发射探测脉冲；
[0031]探测器阵列在多个窗口检测入射的光子；
[0032]根据统计得到的在多个窗口入射的光子数，获取时间范围信息；
[0033]在获取的时间范围信息内的多个窗口检测入射光子；
[0034]根据获取的时间范围信息内的多个窗口的入射光子获取光子到 达时间。。
[0035]可选地，所述多个窗口期间的时间宽度大于所述时间范围信息相 关的多个窗口期间的时间宽度。。
[0036]可选地，所述时间范围信息内的多个窗口的入射光子获取光子到 达时间可以根据TDC生成的直方图获得。
[0037]可选地，所述多个探测窗口的时间宽度相同。
[0038]可选地，所述探测窗口的时间宽度与背景光相关。
[0039]可选地，所述多个窗口期间的时间宽度按照背景光触发所述探测 器阵列中的工作像素单元的概率阈值配置。
[0040]可选地，其特征在于，所述多个窗口期间的时间宽度与距离相关， 且至少部分时间宽度不相等。
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探测装置，其特征在于，包括：脉冲光源，被配置为发射脉冲光信号；探测器阵列，包含多个像素单元，所述像素单元至少部分为工作单元，其响应于多个窗口期间入射在其上的背景光和/或信号光光子而获得激发信息；处理模块，依据所述工作单元的激发信息，获取时间范围信息；所述探测器阵列的像素单元至少部分的工作单元，还响应于依据所述处理模块获得的时间范围信息相关的多个窗口期间，入射在其上的背景光和/或信号光光子而获得激发信息；所述处理模块依据时间范围信息相关的多个窗口期间激发信息，获取最终的目标探测信息。2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述多个窗口期间的时间宽度大于所述时间范围信息相关的多个窗口期间的时间宽度。3.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述时间范围信息相关的多个窗口期间，所述探测装置还包含TDC模块，所述TDC模块输出与所述时间范围信息相关的多个窗口期间的激发信息的时间码至所述处理模块。4.根据权利要求3所述的探测装置，其特征在于，所述的处理模块根据所述时间码构造直方图。5.根据权利要求4所述的探测装置，其特征在于，根据所述时间范围信息和/或所述直方图确定所述脉冲光束的飞行时间。6.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述脉冲光源发射N次脉冲，所述探测阵列的工作像素单元获得所述N次脉冲中背景光和/或信号光光子激发的统计信息。7.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述探测器阵列为SPAD阵列。8.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述多个窗口期间的时间宽度相同。9.根据权利要求6所述的探测装置，其特征在于，所述多个窗口期间的时间宽度与背景光相关。10.根据权利要求7所述的探测装置，其特征在于，所述多个窗口期间的时间宽度按照背景光触发所述探测器阵列中的工作像素单元的概率阈值配置。11.根据权利要求6所述的探测装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷述宇，
申请(专利权)人：宁波飞芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：