CN110213511A - 一种基于spad的高速图像传感器像素结构 - Google Patents

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高静
牛洪星
聂凯明
徐江涛
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Tianjin University
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

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Abstract

本发明公开一种基于SPAD的高速图像传感器像素结构，包括：第一检测处理电路，用于检测光子的第一雪崩光电二极管APD及用于通过反馈回路输出对第一雪崩光电二极管APD进行淬灭的第一淬灭电路；第二检测处理电路，用于检测光子的第二雪崩光电二极管及用于通过反馈回路输出对第二雪崩光电二极管APD进行淬灭的第二淬灭电路；本发明通过在基于SPAD的图像传感器中的像素内增加一个雪崩光电二极管和淬灭电路，可使两个雪崩光电二极管在对方进入死时间时交替探测入射光子，可提高图像传感器的成像速度。

Description

一种基于SPAD的高速图像传感器像素结构
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种基于SPAD的高速图像传感器像素结构。
背景技术
SPAD广泛应用于激光脉冲探测技术，一般工作在盖革模式，此工作模式下的雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode，APD)两端会施加反向偏压，并且该反向偏压要略大于二极管击穿电压，此时结区存在极高的电场，当有光子入射并被二极管的耗尽区吸收时，将会发生碰撞电离，产生电子-空穴对，新产生的载流子对继续在强电场的作用下发生碰撞电离，最终形成雪崩电流，对于单SPAD像素，在淬灭电路的作用下通过反馈回路将检测到的电荷输出并对APD淬灭，使SPAD两端的电压恢复到雪崩前的状态，即检测光子的盖革模式，淬灭是需要一定时间的，将雪崩淬灭并使器件两端电压恢复到盖革模式电压90％所需的时间称为死时间(Dead time)，在死时间里入射的光子不会被检测到，所以死时间限制了图像传感器的成像速度，但是盲目的通过淬灭电路降低死时间会造成后脉冲的增加。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于SPAD的高速图像传感器像素结构，通过在像素内增加一个雪崩光电二极管和淬灭电路，来探测死时间内的入射光子，能使两个雪崩光电二极管在对方进入死时间时交替探测入射光子，从而可提高图像传感器的成像速度。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种基于SPAD的高速图像传感器像素结构，包括：
第一检测处理电路，用于检测光子的第一雪崩光电二极管APD及用于通过反馈回路输出对第一雪崩光电二极管APD进行淬灭的第一淬灭电路；
第二检测处理电路，用于检测光子的第二雪崩光电二极管及用于通过反馈回路输出对第二雪崩光电二极管APD进行淬灭的第二淬灭电路；
第一雪崩光电二极管进入死时间时,所述第二雪崩光电二极管开始检测光子，所述第二雪崩光电二极管APD进行死时间时，所述第一雪崩光电二极管开始检测光子，如此交替循环检测，直到时序结束。
其中，还包括有钟控开关，通过关断与闭合实现控制所述第一雪崩光电二极管以及第二雪崩光电二极管的工作。
其中，所述第一雪崩光电二极管进入死时间时，所述钟控开关闭合；所述第二雪崩光电二极管APD进行死时间时，所述钟控开关关断。
其中，所述第一检测处理电路与第二检测处理电路的结构相同。
优选的，所述第二检测处理电路连接所述钟控开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在基于SPAD的图像传感器中的像素内增加一个雪崩光电二极管和淬灭电路，可使两个雪崩光电二极管在对方进入死时间时交替探测入射光子，与单SPAD像素相比，可提高图像传感器的成像速度，特别适合于基于单光子雪崩二极管(Single PhotonAvalanche Diode，SPAD)的图像传感器。
附图说明
图1所示为基于SPAD的高速图像传感器像素结构的电路图；
图2所示为基于SPAD的高速图像传感器像素结构的工作时序图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明基于SPAD的高速图像传感器像素结构，包括：
雪崩光电二极管APD1和其淬灭电路1、雪崩光电二极管APD2和其淬灭电路2、钟控开关K5；
其中，淬灭电路1的结构是，所述雪崩光电二极管APD1的一端与串联的一端接地的两个电阻(R1,R2)相连接，另一端接VA,雪崩光电二极管APD1的一端与串联的开关K1、K2连接，串联的开关K1、K2的一端接地，另一端接VR,两个电阻(R1,R2)连接点与放大器，比较器、延时器依次连接，延时器与开关K1、K2连接，实现对开关K1、K2的控制。
淬灭电路2的结构，与淬灭电路1的结构相同，不再说明，以上电路均为现有技术电路结构。本发明是在基于SPAD的图像传感器中的像素内增加一个雪崩光电二极管和淬灭电路，以通过控制而使两个雪崩光电二极管在对方进入死时间时交替探测入射光子，从而提高图像传感器的成像速度。
工作时，按照图2工作时序图的时序工作，TD为死时间，开始时，钟控开关K5关断，雪崩光电二极管APD1检测光子，淬灭电路1通过反馈回路输出并对APD1进行淬灭，APD1开始进入死时间；与此同时钟控开关K5闭合，APD2检测光子，淬灭电路2通过反馈回路输出并对APD2进行淬灭，此时APD1淬灭完成，重新开始检测光子……这样循环下去；在钟控开关K5的控制下，APD1进入死时间，APD2就开始检测；APD2进入死时间，APD1就开始检测，直到时序结束，后端时间相关单光子计数系统收集到足够的输出数据形成直方图，通过直方图便可还原探测物体的距离信息形成图像。
本发明中，APD1和APD2要完全淬灭才能进行下一次光子检测，如图2，淬灭过程后APD1雪崩电流为0，到下一次脉冲到来还有T1的时间间隔，增加T1的时间间隔可以降低后脉冲的发生概率。
本发明的基于SPAD的高速图像传感器像素结构，可使两个雪崩光电二极管在对方进入死时间时交替探测入射光子，与单SPAD像素相比，可以提高图像传感器的成像速度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于SPAD的高速图像传感器像素结构，其特征在于，包括：
第一检测处理电路，用于检测光子的第一雪崩光电二极管APD及用于通过反馈回路输出对第一雪崩光电二极管APD进行淬灭的第一淬灭电路；
第二检测处理电路，用于检测光子的第二雪崩光电二极管及用于通过反馈回路输出对第二雪崩光电二极管APD进行淬灭的第二淬灭电路；
第一雪崩光电二极管进入死时间时,所述第二雪崩光电二极管开始检测光子，所述第二雪崩光电二极管APD进行死时间时，所述第一雪崩光电二极管开始检测光子，如此交替循环检测，直到时序结束。
2.如权利要求1所述基于SPAD的高速图像传感器像素结构，其特征在于，还包括有钟控开关，通过关断与闭合实现控制所述第一雪崩光电二极管以及第二雪崩光电二极管的工作。
3.如权利要求2所述基于SPAD的高速图像传感器像素结构，其特征在于，所述第一雪崩光电二极管进入死时间时，所述钟控开关闭合；所述第二雪崩光电二极管APD进行死时间时，所述钟控开关关断。
4.如权利要求3所述基于SPAD的高速图像传感器像素结构，其特征在于，所述第一检测处理电路与第二检测处理电路的结构相同。
5.如权利要求4所述基于SPAD的高速图像传感器像素结构，其特征在于，所述第二检测处理电路连接所述钟控开关。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112526528A (zh) * 2019-09-19 2021-03-19 株式会社东芝 光检测器和距离测定装置
WO2021077096A1 (en) 2019-10-17 2021-04-22 Argo AI, LLC Lidar system comprising a geiger-mode avalanche phodiode-based receiver having pixels with multiple-return capability
CN114023729A (zh) * 2021-03-09 2022-02-08 北京师范大学 主动淬灭型spad阵列探测器及其电路仿真模型的建立方法
CN114551603A (zh) * 2020-11-27 2022-05-27 宁波飞芯电子科技有限公司 一种雪崩光电二极管

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014207599A1 (de) * 2014-04-23 2015-10-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fotodetektors
CN105547470A (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 华中科技大学 一种自淬灭单光子探测系统
CN107271036A (zh) * 2017-06-19 2017-10-20 中国科学技术大学 高速淬灭及恢复的自由运行单光子探测系统
CN107806931A (zh) * 2017-09-30 2018-03-16 东南大学 门控互补型光子计数系统
CN108709645A (zh) * 2018-05-07 2018-10-26 华中科技大学 一种基于场效应管的单光子淬灭电路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014207599A1 (de) * 2014-04-23 2015-10-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fotodetektors
CN105043539A (zh) * 2014-04-23 2015-11-11 罗伯特·博世有限公司 用于运行光电探测器的方法和装置
CN105547470A (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 华中科技大学 一种自淬灭单光子探测系统
CN107271036A (zh) * 2017-06-19 2017-10-20 中国科学技术大学 高速淬灭及恢复的自由运行单光子探测系统
CN107806931A (zh) * 2017-09-30 2018-03-16 东南大学 门控互补型光子计数系统
CN108709645A (zh) * 2018-05-07 2018-10-26 华中科技大学 一种基于场效应管的单光子淬灭电路

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112526528A (zh) * 2019-09-19 2021-03-19 株式会社东芝 光检测器和距离测定装置
WO2021077096A1 (en) 2019-10-17 2021-04-22 Argo AI, LLC Lidar system comprising a geiger-mode avalanche phodiode-based receiver having pixels with multiple-return capability
EP4045939A4 (en) * 2019-10-17 2022-12-07 Argo AI, LLC LIDAR SYSTEM COMPRISING A GEIGER-MODE AVALANCHE PHOTODIODE-BASED RECEIVER FEATURING MULTIPLE RETURN CAPACITY PIXELS
US11573302B2 (en) 2019-10-17 2023-02-07 Argo AI, LLC LiDAR system comprising a Geiger-mode avalanche photodiode-based receiver having pixels with multiple-return capability
CN114551603A (zh) * 2020-11-27 2022-05-27 宁波飞芯电子科技有限公司 一种雪崩光电二极管
CN114551603B (zh) * 2020-11-27 2024-03-15 宁波飞芯电子科技有限公司 一种雪崩光电二极管
CN114023729A (zh) * 2021-03-09 2022-02-08 北京师范大学 主动淬灭型spad阵列探测器及其电路仿真模型的建立方法
CN114023729B (zh) * 2021-03-09 2022-05-06 北京师范大学 主动淬灭型spad阵列探测器及其电路仿真模型的建立方法

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