[发明专利]一种用于激光测距的单光子雪崩二极管探测器阵列

说明书

本发明公开了一种用于激光测距的单光子雪崩二极管探测器阵列，包括单点探测面、整形电路、“与”处理电路和“或”处理电路。其中，单点探测面由多个探测单管以n×n(n≥2)的形式排布集成，探测单管包括单光子雪崩二极管和淬灭电路；每个探测单管的输出信号分别由各自的整形电路整形成脉冲方波信号，每两路脉冲方波信号为一组输入“与”处理电路，经过“与”处理电路处理过的所有信号再经过“或”处理电路处理，产生最终的输出信号。本发明的探测器阵列可有效降低由暗计数和杂散光噪声带来的误触发，能在保证探测效率的同时，保证测距准确度，可实现更高灵敏度的激光测距。

技术领域

本发明涉及一种基于单光子雪崩二极管探测器阵列设计的集成电路领域，特别是涉及一种适用于飞行时间(TOF)激光测距领域的探测器。

背景技术

近年来，无人驾驶领域或者说辅助驾驶领域处于蓬勃发展时期，而车载激光雷达技术是攻关环节中举足轻重的一环。正是大量的需求，促进了激光雷达的大发展，国内外激光雷达技术以及相关公司大量涌现。

现有的激光测距技术中，探测器多采用普通雪崩光电二极管(Avalanche PhotonDiode，APD)，但APD探测到光信号后，其输出信号是与感光面接收到的光强强度呈正相关的一个模拟量，为了保证不同光强情况下波形上的一致，后端需要作一系列复杂的电路结构对信号进行处理。同时其增益有限，在有限激光能量范围内探测距离受到较大限制。

而盖革模式APD，即单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)，其基于内光电响应，具有高增益的特点，单个光子产生的光电子在强电场作用下可以快速(10ps左右)产生一次雪崩响应。故SPAD具备单个光子响应能力，有利于在较低激光能量的条件下进行较远距离的探测。同时，其后端电路结构简单，淬灭后的雪崩信号经整形后波形固定，可减少测量误差。

但是，SPAD真正用于激光测距技术中还存在一定的局限与不足。最难以排除的是噪声问题，噪声信号与有效信号在波形上是不可分辨的。噪声的来源主要是两类：一、器件本身因半导体缺陷特性产生的暗计数；二、环境中的杂散光未能被探测器前端滤色片完全滤除。所以，随机产生的这些噪声可能会被当做有效信号，作为STOP信号误触发时间数字转换电路(TDC，Time-to-Digital Converter)，从而产生严重测量误差。

发明内容

本发明针对SPAD用于激光测距中存在的技术问题，提出了一种基于单光子雪崩二极管探测器的阵列结构。

本发明采用的技术方案为：

一种用于激光测距的单光子雪崩二极管探测器阵列，包括单点探测面、整形电路、“与”处理电路和“或”处理电路，单点探测面由多个探测单管以n×n的形式排布集成，其中，n≥2，探测单管包括单光子雪崩二极管和淬灭电路；每个探测单管的输出信号分别由各自的整形电路整形成脉冲方波信号，每两路脉冲方波信号为一组输入“与”处理电路，经过“与”处理电路处理过的所有信号再经过“或”处理电路处理，产生最终的输出信号。

进一步地，所述淬灭电路采用被动淬灭形式或者主动淬灭形式。

进一步地，任意两路脉冲方波信号均经过“与”处理电路处理。

进一步地，所述探测器阵列按照列方向集成为一维线阵激光测距探测器，或者按照行和列的方向集成为二维面阵激光测距探测器。

进一步地，所述最终的输出信号提供给时间数字转换电路，作为时间数字转换电路计时的开始或者结束信号。

与现有APD技术相比，本发明使用SPAD技术，在激光测距领域灵敏度更高，能在相同激光能量下探测更远距离，同时探测器后端电路结构以及信号处理相对简单。与现有SPAD技术相比，本发明采用n×n(n≥2)阵列作为单点探测面，能在保证探测效率的同时，有效降低由暗计数和杂散光噪声带来的误触发，从而保证测距准确度。

附图说明