[发明专利]用于采集处理激光信号的探测装置、像素单元及阵列

说明书

为解决现有激光雷达测距系统测量不够精准、扫描速度缓慢、图像空间分辨率低问题，本发明提供了一种用于采集处理激光信号的探测装置、像素单元及阵列。每个像素单元包括光电二极管和与光电二极管负极端相连并集成于一体的采样电路；像素单元阵列中的每个像素单元均对应有完整的读出电路，工作时，每个像素单元同时进行数据转化，相对于传统单点探测的方式，极大地提高了激光测距系统的扫描速度；像素单元阵列的每个光电二极管经过镜头对应不同的空间视场角，图像空间分辨率高。

技术领域

本发明属于激光探测技术领域，具体涉及一种用于采集处理激光信号的探测装置、像素单元和像素单元阵列。

背景技术

随着激光技术、嵌入式技术和集成光学的发展，激光测距正朝着数字化、自动化、低成本、小型化的方向发展。激光测距雷达具有精度高，系统体积小，测量迅速的优点，有着广泛的应用前景。

激光雷达测距过程中如何获得精准的目标位置，这对于提高图像分辨率有着十分重要的作用，尤其是对于不断运动的目标车辆，因车辆内部存在电磁干扰，容易造成测量不够精准的问题。

另外，传统的车载激光雷达探测器多数采用单点测试方式，其需要配置机械扫描装置，扫描速度缓慢，图像空间分辨率低。为了提高扫描速度需要选用焦平面阵列探测器，但是由于现有焦平面阵列探测器芯片封装工艺绝大多数是将探测器阵列与读出电路阵列分离为两层，将探测器阵列置于芯片底层，其上一层为读出电路的A/D转换器及放大电路，二极管在接收光信号时先要透过二极管上层的读出电路的线路层，由于光投射到线路层时容易发生光反射造成光损失，减少了二极管的受光量。

发明内容

基于以上背景，为解决现有激光雷达测距系统测量不够精准、扫描速度缓慢、图像空间分辨率低问题，本发明提供了一种用于采集处理激光信号的探测装置、像素单元及阵列。

本发明所采用的技术解决方案是：

用于采集激光信号的像素单元，其特殊之处在于：包括光电二极管和与光电二极管负极端相连并集成于一体的采样电路；

所述采样电路包括NMOS管NM7、开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、电容C1、C2；开关S1～S4均由一个NMOS管和一个PMOS管对接构成，开关S5～S6均由一个PMOS管构成；开关S1～S4的NMOS管分别记为NM1、NM2、NM3和NM4，开关S1～S4的PMOS管分别记为PM1、PM2、PM3和PM4，开关S5～S6的PMOS管分别记为PM5和PM6；

NM7的栅极接箝位电压Vb，NM7的源极接光电二极管的负极端，NM7的漏极同时与NM1、NM2的漏极以及PM1、PM2的漏极相连；NM1和PM1的源极同时接电容C1的一端，NM2和PM2的源极同时接电容C2的一端；电容C1和电容C2的另一端分别接地；

NM1和PM1的源极还同时接PM5、PM3和NM3的漏极；PM5的源极接复位电源Vdd；PM5的栅极接复位电压Vrst；PM3和NM3的源极相接作为采样电路的其中一个输出端Vout1；

NM2和PM2的源极还同时接PM6、PM4和NM4的漏极；PM6的源极接复位电源Vdd；PM6的栅极接复位电压Vrst；PM4和NM4的源极相接作为采样电路的另一个输出端Vout2。

本发明还提供了一种用于采集激光信号的像素单元阵列，其特殊之处在于：包括多个权利要求1所述的像素单元；所有像素单元相互独立设置并且对应不同的空间视场角。

进一步地，所有像素单元集成在衬底上；所述衬底的底部设置有由多个菲涅尔透镜构成的微透镜阵列；每个菲涅尔透镜对应一个像素单元，用于透射回波信号光并使回波信号光汇聚到对应像素单元的光电二极管上。

本发明同时提供了一种用于采集和处理激光信号的探测装置，包括探测器阵列、信号采集处理单元、衬底、互连金属、金属布线层、时序控制电路和用于生成行选信号的行选模块；其特殊之处在于：