JP2006098190A - Photon detector module and imaging device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radar imaging system having a circuit speed and a density necessary for attaining a range resolution, and having sensitivity necessary for designating a small target surface fluctuation based on a flying difference in a picosecond in a laser echo. <P>SOLUTION: This photon detector module has a photon source for generating photon reflection from a target, a detector array for generating a detector array output signal by being reacted with the photon reflection, and a laminated processing module for receiving the detector array output signal. The processing module has at least two laminates, and each laminate has at least one integrated circuit chip for receiving detector array output signal processing. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は光子検知子モジュールと像映装置に関するものであり、より詳しくはレーダー(レーザー・レーダー)像映技術に関するものであり、されに詳しくは高い解像度と感度で部分的に不鮮明またはカモフラージされたターゲットの三次元レーザー像映を可能とする装置に関するものである。   The present invention relates to a photon detector module and an imaging device, and more particularly to a radar (laser radar) imaging technique, and more particularly partially blurred or camouflaged with high resolution and sensitivity. The present invention relates to an apparatus that enables three-dimensional laser imaging of a target.

現在のレーザー像映は一般にターゲットをレーザーで走査して反射された光子(レーザーエコーとも呼ばれる)フオーカルプレーンアレイなどの光子検知子で検知するものである。ターゲットから光子検知子にレーザーエコーが戻るに要する時間を計算してターゲットレンジを決定する。検知子出力信号は電子的に処理されて、三次元対象上に表面体を明示する。そのような像映能力は,例えば車両が葉により不鮮明となったりカモフラージされていたり都会環境の中で像映センサーがターゲットの限られたまたは角度影像のみしか得ることができない場合には、貴重である。   Current laser imaging is generally detected by a photon detector such as a photon (also called laser echo) focal plane array reflected by scanning a target with a laser. The target range is determined by calculating the time required for the laser echo to return from the target to the photon detector. The detector output signal is processed electronically to reveal the surface body on the three-dimensional object. Such imaging capability is valuable, for example, if the vehicle is blurred or camouflaged by leaves or the imaging sensor can only obtain a limited or angular image of the target in an urban environment. is there.

一般に現在のレーダー像映システムはレーザー源と、検知子アレイと結びつけられた適宜な光学素子と、検知子アレイ出力を使用可能な形態に処理する処理回路と、後処理回路と、処理された検知子アレイ出力を得て電子デイスプレー上のイメージなどの使用可能な形態に変換するソフトウエアとを有している。   In general, current radar imaging systems include a laser source, appropriate optical elements associated with the detector array, processing circuitry for processing the detector array output into a usable form, post-processing circuitry, and processed detection. Software that obtains the child array output and converts it to a usable form such as an image on an electronic display.

該システムの動作においては、1個以上のレーザーパルスが所望のターゲットに指向される。ターゲット表面からのレーザーエコーが受信されて適宜な光学素子により検知子アレイ中の検知子中に像映される。戻るレーザーエコーの飛走時間は検知子アレイ面とエコーが受信される表面体との間の距離に応じて変化するので、相対エコー遅れに基づいて三次元イメージが計算できる。   In operation of the system, one or more laser pulses are directed to the desired target. Laser echoes from the target surface are received and imaged in the detectors in the detector array by appropriate optical elements. Since the flight time of the returning laser echo changes according to the distance between the detector array surface and the surface body from which the echo is received, a three-dimensional image can be calculated based on the relative echo delay.

1ナノ秒のレーザーエコー遅れだとターゲット表面変動が約15cmとなり、500ピコ秒のレーザーエコー遅れだと約8cmのターゲット表面変動となる。これらの短い時間期間から明らかなように、センチメーターレベル深さ解像度でターゲット表面体を解像するには、非常に高い検知子信号処理とタイミング回路速度が望ましい。残念なことに現在のレーダー像映システムでは必要な回路速度と非常に高い(例えばcm)範囲の解像度と感度とを得る能力を欠いているのである。   When the laser echo delay is 1 nanosecond, the target surface variation is about 15 cm, and when the laser echo delay is 500 picoseconds, the target surface variation is about 8 cm. As is apparent from these short time periods, very high detector signal processing and timing circuit speeds are desirable for resolving target surface bodies with centimeter-level depth resolution. Unfortunately, current radar imaging systems lack the ability to obtain the required circuit speed and resolution and sensitivity in the very high (eg cm) range.

これに代えてCCDビデオセンサーなどの従来の受動可視センサーは観察者に簡単に読み取った情報を提供する。にも拘わらず、複雑なビデオ環境(つまりカモフラージされたまたは部分的に不鮮明なターゲット)における正確な光景情報が観察者の意思決定において重要な要因である場合には、このようなタイプのセンサーは望ましくないのである。   Instead, conventional passive visual sensors such as CCD video sensors provide the viewer with easily read information. Nevertheless, if accurate scene information in a complex video environment (ie camouflaged or partially blurred target) is an important factor in observer decision making, these types of sensors are It is not desirable.

以上のような従来技術の現状に鑑みてこの発明の目的は、レンジ解像度を達成するのに必要な回路速度と密度、レーザーエコーにおけるピコ秒の飛走相違に基づいた小さなターゲット表面変動を明示するのに必要な感度とを具えたレーダー像映システムを提供することにある。   In view of the state of the art as described above, the object of the present invention is to clarify the small target surface variation based on the circuit speed and density necessary to achieve the range resolution and the picosecond flight difference in the laser echo. It is to provide a radar imaging system having the sensitivity necessary for the above.

この発明の他の目的は、信頼性と、高速度と、高い回路密度とを具えたレーダー検知子システムとセンチメーターレベルでのレンジ解像度と感度とを具えた装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a radar detector system with reliability, high speed, and high circuit density, and an apparatus with range resolution and sensitivity at the centimeter level.

このためこの発明の第1の技術思想は光子検知子モジュールに関するものであって、該モジュールは光子入力に反応して検知子アレイ出力信号を発生する光子検知子アレイと、検知子アレイ出力信号を受信しかつ電気的に接続されている積層処理モジュールとを有してなり、処理モジュールが少なくとも2個の積層を有しており、少なくとも1個の積層が受信された検知子アレイ出力信号を処理するための少なくとも1個の集積回路チップを有しており、各集積回路チップが検知子アレイ出力信号の増幅のための増幅回路を有しており、検知子アレイ出力信号を微分するための微分回路が増幅回路と電気的に接続されており、検知子アレイ出力信号を所定のしきい値と比較するための比較回路が微分回路と電気的に接続されており、検知子アレイ出力信号をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換回路が比較回路と電気的に接続されており、デジタル値を受信するFIFOレジスターが変換回路と電気的に接続されており、さらなる処理のためにFIFOレジスターデータを出力する出力手段がFIFOレジスターと電気的に接続されていることを要旨とするものである。   Therefore, a first technical idea of the present invention relates to a photon detector module, which module generates a detector array output signal in response to a photon input, and a detector array output signal. Receiving and electrically connected stacked processing modules, the processing module having at least two stacks, and processing at least one stack received detector array output signal At least one integrated circuit chip, each integrated circuit chip has an amplifier circuit for amplifying the detector array output signal, and a differential for differentiating the detector array output signal A circuit is electrically connected to the amplifier circuit, and a comparator circuit for comparing the detector array output signal with a predetermined threshold is electrically connected to the differentiating circuit. An analog / digital conversion circuit that converts the output signal into a digital value is electrically connected to the comparison circuit, and a FIFO register that receives the digital value is electrically connected to the conversion circuit for further processing. The gist of the invention is that the output means for outputting the FIFO register data is electrically connected to the FIFO register.

またこの発明の第2の技術思想はイメージ装置に関するものであり、該装置はターゲットからの光子反射を発生する光子源と、光子反射に反応して検知子アレイ出力信号を生成する検知子アレイと、検知子アレイ出力信号を受信する積層処理モジュールとを有してなり、該処理モジュールが少なくとも2個の積層を有しており、各積層が受信検知子アレイ出力信号処理のための少なくとも1個の集積回路チップを有していることを要旨とするものである。   A second technical idea of the present invention relates to an image device, which includes a photon source that generates photon reflection from a target, and a detector array that generates a detector array output signal in response to the photon reflection. A stack processing module for receiving the detector array output signal, the processing module having at least two stacks, each stack having at least one for receiving detector array output signal processing. The gist of the present invention is to have an integrated circuit chip.

この発明によれば高い像映能力が得られる。これは一部はROIC回路を有した積層を使用したからである。これにより検知子出力処理回路密度が増加し、一方回路導線長さとそれに伴う容量が最少となる。   According to the present invention, high imaging ability can be obtained. This is due in part to the use of stacks with ROIC circuits. This increases the detector output processing circuit density, while minimizing circuit conductor length and associated capacitance.

ROIC回路の積層の結果、専用検知子読出し回路を伴った大きな検知子アレイ(例えば128X128以上)を集積することができる。増幅器、しきい値検知子、サンプリング回路、デジタル・アナログ変換器(DAC)、先入れ先出し(FIFO)、レジスターレンジビンなどがすべて非常に小さなモジュールとなる。   As a result of the lamination of the ROIC circuits, a large detector array (for example, 128 × 128 or more) with a dedicated detector read circuit can be integrated. Amplifiers, threshold detectors, sampling circuits, digital-to-analog converters (DACs), first-in first-out (FIFOs), register range bins, etc. are all very small modules.

かくして得られたモジュールにより、検知子アレイ上の各検知子ピクセルにより検知された1個以上のレーザーエコーに基づいて小さな三次元ターゲット体を解像するのに必要な回路速度と密度とが達成される。同時に検知子アレイ上の各検知子のための専用処理チャンネルが与えられる。   The module thus obtained achieves the circuit speed and density required to resolve a small three-dimensional target based on one or more laser echoes detected by each detector pixel on the detector array. The At the same time, a dedicated processing channel is provided for each detector on the detector array.

多層ROIC処理モジュールは積層からなるのが望ましく、該積層は薄い集積回路チップを有しており、各層は1以上の受信チャンネルを有している。像映されたターゲット表面から反射された光子の受信に基づいて、各チャンネルはT0(レーザーパルスの開始またはユーザー割当てのT0点)から光子戻り時間までのレーザー飛走時間を検知する回路を有している。 The multi-layer ROIC processing module preferably comprises a stack, the stack having thin integrated circuit chips, each layer having one or more receive channels. Based on the reception of photons reflected from the imaged target surface, each channel has a circuit that detects the laser flight time from T 0 (start of laser pulse or user-assigned T 0 point) to photon return time. Have.

飛走情報のレーザーエコー時間は処理されて、ROIC上のレンジビンからなるFIFOレジスター中に記憶されるデジタルビットに変換される。レンジビン中の高いビットは、一群のレンジビン内におけるその場所に基づいて、例えばレーザーエコーの到着時間を示すものと指定できる。レンジビンデータはROICモジュールから外部回路に多重送信され、該回路はデータを翻訳し、三次元ポイントクラウドなどの使用可能な形態に変換して、デイスプレー上の電子イメージとして表示する。   The laser echo time of flight information is processed and converted into digital bits stored in a FIFO register consisting of range bins on the ROIC. A high bit in a range bin can be designated as indicating, for example, the arrival time of a laser echo based on its location within a group of range bins. The range bin data is multiplexed from the ROIC module to an external circuit, which translates the data, converts it into a usable form such as a 3D point cloud, and displays it as an electronic image on the display.

図1はこの発明の構成のブロック線図であって、レーザー1などの光子源はビーム5を発生し、これがビーム成形光学素子10を経てシーンまたはターゲット7に指向される。   FIG. 1 is a block diagram of an arrangement of the present invention in which a photon source such as a laser 1 generates a beam 5 that is directed through a beam shaping optical element 10 to a scene or target 7.

好ましき実施例にあっては、レーザー1は1064nmであり、機械的に整列されて、300マイクロジュールのシードYAGレーザーであって、500ピコ秒幅のパルスを生成することができる。マスター・オシレーター・パワー増幅器などのビーム増幅器(図示せず)を設けてもよく、シードビームが増幅器に供給される。シードビームはファラデイー回転子を通過して2個のポンプYAGダイオードを有したフォーパス熱的制御増幅器に入る。   In the preferred embodiment, laser 1 is 1064 nm and is mechanically aligned and is a 300 microjoule seed YAG laser, which can generate 500 picosecond wide pulses. A beam amplifier (not shown) such as a master oscillator power amplifier may be provided, and a seed beam is supplied to the amplifier. The seed beam passes through a Faraday rotator and enters a four-pass thermal control amplifier with two pump YAG diodes.

好ましき実施例では、ビーム成形光学素子10はビーム成形ホログラフレンズであって、方形のビーム領域をターゲット上に投影するのに適している。方形ビーム領域は検知子アレイのその視野内の反射光子を受信・処理する能力を最適化するものである。   In the preferred embodiment, the beam shaping optical element 10 is a beam shaping holographic lens and is suitable for projecting a square beam region onto a target. The square beam region optimizes the ability of the detector array to receive and process reflected photons in its field of view.

ビーム5は好ましくは増幅されて、検知可能なターゲットからの光子反射を発生し、100mで10%の反射率を有している。   The beam 5 is preferably amplified to produce a photon reflection from a detectable target and has a reflectivity of 10% at 100 m.

収束光学素子20が設けられており、好ましくは75mm、F1.4レンズであって、レーザーパルス波長の最適化のための適宜なスペクトルフィルターを有している。収束光学素子20は配列されて、像映ターゲット7から反射された光子を受信して(つまり集約的ぼんやりさ、主体と背景)、以下に述べるようにこの発明の検知子アレイ上に結像される。   A converging optical element 20 is provided, preferably a 75 mm, F1.4 lens, with an appropriate spectral filter for optimizing the laser pulse wavelength. The converging optical elements 20 are arranged to receive photons reflected from the imaging target 7 (ie, intensive blur, subject and background) and imaged on the detector array of the present invention as described below. The

ビームが印加された後、ビーム5をリズレープリズム(図示せず)に通して回転前進させて検知子アレイに照準合せすることにより、ビーム5は選択的にこの発明の検知子アレイと予整列される。収束光学素子20に近接整列されたビーム成形光学素子10に2個の光学サブアッセンブリーについて視差誤差を最小にする。   After the beam is applied, the beam 5 is selectively pre-aligned with the detector array of the present invention by rotating the beam 5 through a Risley prism (not shown) and aiming at the detector array. Is done. The parallax error is minimized for the two optical subassemblies in the beam shaping optical element 10 in close proximity to the converging optical element 20.

検知子ユニット30はセンサーアレイまたは検知子アレイ40と積層処理読出し電子モジュール50を有している。   The detector unit 30 includes a sensor array or detector array 40 and a stacked processing readout electronic module 50.

検知子アレイ40は一般に個々のフォト検知子のフォーカルプレーン・アレイであって、ターゲットからの反射光子を検知してそれに反応して信号を発生するのに適している。好ましき実施例では、InGaAs検知子アレイが用いられている。Irvine Sensors社はこの発明における50μ中心上の40μ活性検知子を有した128X128InGaAs検知子アレイを発表している。そこではアレイ上の検知子の128X8組がアクセスされる。   The detector array 40 is generally a focal plane array of individual photo detectors suitable for detecting reflected photons from the target and generating signals in response thereto. In the preferred embodiment, an InGaAs detector array is used. Irvine Sensors presents a 128 × 128 InGaAs detector array with a 40 μ active detector on the 50 μ center in this invention. There, 128 × 8 sets of detectors on the array are accessed.

図2、3において、処理モジュール50は2個以上の層60の積層を有しており、各層は1以上の読出し電子回路70を有している。これらは好ましくは集積回路チップであって、検知子アレイ40から受信された信号を処理する。各読出し電子回路70は1以上のチャンネル75を含み、検知子アレイ40からの電子信号を処理する電子回路を有している。   2 and 3, the processing module 50 has a stack of two or more layers 60, each layer having one or more readout electronics 70. These are preferably integrated circuit chips and process the signals received from the detector array 40. Each readout electronic circuit 70 includes one or more channels 75 and includes an electronic circuit that processes the electronic signals from the detector array 40.

個々の層60は、電子回路70の入力、出力、パワーおよび読出しのグランドパスが金属トレース73を用いて各層60の1以上のエッジに接続されて1以上のアクセス導線80を形成するように、形成されている。   The individual layers 60 are such that the input, output, power and read ground paths of the electronic circuit 70 are connected to one or more edges of each layer 60 using metal traces 73 to form one or more access conductors 80. Is formed.

層60は公知の接着剤62を用いて相互に結合されており、アクセス導線80を露出するように処理される(例えばグラウンドまたはラップされる)。層60は選択的に半導体処理の分野における公知の方法で薄くされて包装される。薄くされた活性層は取扱い上の便宜のためにシリコンキャップチップに埋設される。   Layers 60 are bonded together using a known adhesive 62 and are processed (eg, grounded or wrapped) to expose access leads 80. Layer 60 is optionally thinned and packaged by known methods in the field of semiconductor processing. The thinned active layer is embedded in a silicon cap chip for convenience of handling.

適宜な電導性接続パッド90が処理モジュール50の1以上の側面上に形成されて、1以上の「T−接続」80を形成して、アクセス導線80を検知子アレイ40および外部イメージ処理電子素子に接続するようにする。   Appropriate conductive connection pads 90 are formed on one or more sides of the processing module 50 to form one or more “T-connections” 80 to connect the access leads 80 to the detector array 40 and external image processing electronics. To connect to.

図3に示すのは検知子アレイ40上のバンプ結合と金属アクセス導線80との間のT−接続85である。T−接続構造により高密度積層が検知子アレイ40および処理モジュール外の外部回路に接続できる。   Shown in FIG. 3 is a T-connection 85 between the bump bond on the detector array 40 and the metal access lead 80. The T-connection structure allows the high density stack to be connected to the detector array 40 and external circuits outside the processing module.

この発明の一実施例においては、パッド90が1以上の処理モジュール側面上に形成されて、検知子アレイ40のインジウムバンプ結合などのバンプ結合を可能としている。検知子アレイ40のバンプ結合後、処理モジュール50上に垂直に配置された検知子アレイ40により占拠される容積は最少となり、しかも検知子−読出し回路導線長さは最適化されて、速度は増加されるが寄生容量は低減される。かかる接続構造は処理モジュールの高回路密度の有利さを活かし、しかも高速レーザーレンジ解像度に必要な非常に短い回路パスを与えているのである。   In one embodiment of the present invention, pads 90 are formed on one or more processing module side surfaces to enable bump bonding, such as indium bump bonding, of the detector array 40. After bump bonding of the detector array 40, the volume occupied by the detector array 40 arranged vertically on the processing module 50 is minimized, and the length of the detector-readout circuit conductor is optimized and the speed is increased. However, the parasitic capacitance is reduced. Such a connection structure takes advantage of the high circuit density of the processing module and provides the very short circuit path required for high speed laser range resolution.

図1に戻って、処理モジュール50の出力を受信・処理する外部電子回路100はワイヤー結合を通して処理モジュール50のアクセス可能な表面上の接続パッド90に接続できる。   Returning to FIG. 1, an external electronic circuit 100 that receives and processes the output of the processing module 50 can be connected to a connection pad 90 on the accessible surface of the processing module 50 through a wire bond.

システムの動作において、ビーム5はビーム成形光学素子10から外側に広がり所望のターゲット上に結像される。ターゲットにより吸収されないかまたは鏡面反射されたパルスビームからの光子は種々のターゲット表面からの収束光学素子20に戻る。ターゲット表面と収束光学素子との間の距離は変動するので、検知子ユニットにより反射光子が受信される時間も変動する。検知子アレイ中の各検知子は検知子アレイから異なる距離にあるシーン表面からの光子反射から戻る多重信号を証明する。   In operation of the system, the beam 5 extends outward from the beam shaping optics 10 and is imaged onto the desired target. Photons from the pulse beam that are not absorbed or specularly reflected by the target return to the converging optics 20 from the various target surfaces. Since the distance between the target surface and the converging optical element varies, the time for which the reflected photon is received by the detector unit also varies. Each detector in the detector array demonstrates multiple signals returning from photon reflections from the scene surface at different distances from the detector array.

ビーム5は走査中のターゲット領域を横切って掃引されて256個の垂直サンプルを得る。レーザーは94Hzでパルス化されて256個の水平サンプルを得て、チャンネルデータは1024FIFOレンジビン中に記憶する。256X256X1024データはフレームとして記憶され、多重フレームが登録され三次元ポイントクラウドに合体されて、ターゲット対象分類のために三次元イメージとして表示される。   Beam 5 is swept across the target area being scanned to obtain 256 vertical samples. The laser is pulsed at 94 Hz to obtain 256 horizontal samples and the channel data is stored in a 1024 FIFO range bin. The 256X256X1024 data is stored as frames, multiple frames are registered and merged into a 3D point cloud and displayed as a 3D image for target object classification.

反射光子がレーザー1から放射されて検知子アレイ40の表面に戻る飛走時間はターゲット表面の距離に応じて、光速(c=3X108m/s)と導光媒体の物理的特性に基づいて、変動する。 The flight time of the reflected photons emitted from the laser 1 and returning to the surface of the detector array 40 depends on the speed of light (c = 3 × 10 8 m / s) and the physical characteristics of the light guide medium, depending on the distance of the target surface. ,fluctuate.

ROICチップ上のチャンネルの実施例を図4に示す。図1、4に示すように、各チャンネル75は専用の検知子信号入力回路として機能できかつ回路を有しており、該回路はT0トリガー信号(初期レーザーパルストリガー)を受信して、FIFOレジスターに検知子アレイ40におけるレーザーエコーの到達時間についての基準を与える。レーザーパルスは捕捉間隔(例えば−500ピコ秒対500ナノ秒)に比べて短いのが望ましく、多重戻りが単一の検知子ピクセルにより検知できる。 An example of a channel on the ROIC chip is shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 4, each channel 75 can function as a dedicated detector signal input circuit and has a circuit that receives the T 0 trigger signal (initial laser pulse trigger) and performs a FIFO. The register is given a reference for the arrival time of the laser echo in the detector array 40. The laser pulse is preferably short compared to the capture interval (eg -500 picoseconds vs. 500 nanoseconds), and multiple returns can be detected by a single detector pixel.

各チャンネル75は好ましくは非常に大きな帯域幅で動作するアナログ部分を有しており、さらに、FIFOレジスターがデータで満たされる間、2GHzまでで動作するデジタル部分を有している。チャンネル75にはデジタル・アナログ変換器が含まれており、さらに使用者が比較器のしきい値を調整できる回路を有している。各ROICは多重チャンネル(例えば128チャンネル)を含むことができ、これらが単一の出力信号に多重送信されて、外部回路100によるイメージ処理に供される。   Each channel 75 preferably has an analog portion that operates at a very large bandwidth, and further has a digital portion that operates at up to 2 GHz while the FIFO register is filled with data. The channel 75 includes a digital-to-analog converter and further includes a circuit that allows the user to adjust the threshold value of the comparator. Each ROIC can include multiple channels (eg, 128 channels) that are multiplexed into a single output signal for image processing by the external circuit 100.

受信されたレーザーエコーは捕捉期間中にチャンネルにより集積・濾過される。集積された信号は増幅・微分される。これにより信号は増幅された信号強度のパルスに戻り変換され、該強度は比較器による検知を可能とする大きさである。比較器はパルスがプログラム可能な所定のしきい値に対して上下いずれであるかを検知する。一実施例にあっては、比較器の出力は2GHzの速度でサンプリングされて、1ビットのアナログ・デジタル変換信号となる。   The received laser echo is collected and filtered by the channel during the acquisition period. The integrated signal is amplified and differentiated. As a result, the signal is converted back to a pulse having an amplified signal intensity, which is large enough to be detected by the comparator. The comparator detects whether the pulse is above or below a predetermined programmable threshold. In one embodiment, the output of the comparator is sampled at a rate of 2 GHz, resulting in a 1-bit analog to digital conversion signal.

一実施例にあっては、各チャンネル75は1024デイープ、FIFOレジスターを有しており、これがT0からT0+約50ナノ秒からの比較器からの出力の履歴を記憶する。FIFOレジスター中の高ビットは、レジスター中のビットの場所で決定されるように、T0信号に関してレーザーエコーの到着時間として定義できる。FIFOが2GHzでクロックすると、レジスタービンの各ステージは時間履歴の500ピコ秒を表わし、これがレンジ履歴の7.5cmと同等と見なされる。T0トリガー信号のタイミングは変動することができ、これによりより遠くのターゲットから戻るレーザーエコーの戻り時間を長くできる。 In one embodiment, each channel 75 has a 1024 deep, FIFO register that stores a history of output from the comparator from T 0 to T 0 + about 50 nanoseconds. The high bit in the FIFO register can be defined as the arrival time of the laser echo with respect to the T 0 signal, as determined by the location of the bit in the register. When the FIFO is clocked at 2 GHz, each stage of the register bin represents 500 picoseconds of time history, which is considered equivalent to 7.5 cm of range history. The timing of the T 0 trigger signal can be varied, thereby increasing the return time of the laser echo returning from the farther target.

FIFOの1024ステージが満たされた後、ROICは従来のフレームと20MHzレートにおけるライン信号とを使って外部回路100へのデータ(MUX)を読み出す。MUXデータは適宜な外部回路を使って処理でき、ターゲットにより定義される三次元ポイントクラウドを生成し、さらに処理されて三次元電子イメージが生成される。   After the FIFO 1024 stage is filled, the ROIC reads data (MUX) to the external circuit 100 using a conventional frame and a line signal at a 20 MHz rate. The MUX data can be processed using an appropriate external circuit to generate a 3D point cloud defined by the target and further processed to generate a 3D electronic image.

この発明の構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure of this invention. この発明の各層と積層を示す斜視図である。It is a perspective view which shows each layer and lamination | stacking of this invention. この発明の処理モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the processing module of this invention. この発明の集積回路の回路図である。It is a circuit diagram of the integrated circuit of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 :レーザー
5 :ビーム
7 :ターゲット
10、20:光学素子
30 :検知子ユニット
40 :検知子アレイ
50 :処理モジュール
100:外部電子回路
1: Laser 5: Beam 7: Target 10, 20: Optical element 30: Detector unit 40: Detector array 50: Processing module 100: External electronic circuit

Claims (20)

光子入力に反応して検知子アレイ出力信号を発生する光子検知子アレイと、
検知子アレイ出力信号を受信しかつ電気的に接続されている積層処理モジュールとを有してなり、処理モジュールが少なくとも2個の積層を有しており、少なくとも1個の積層が受信された検知子アレイ出力信号を処理するための少なくとも1個の集積回路チップを有しており、各集積回路チップが検知子アレイ出力信号増幅のための増幅回路を有しており、検知子アレイ出力信号を微分するための微分回路が増幅回路と電気的に接続されており、検知子アレイ出力信号を所定のしきい値と比較するための比較回路が微分回路と電気的に接続されており、
検知子アレイ出力信号をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換回路が比較回路と電気的に接続されており、デジタル値を受信するFIFOレジスターが変換器と電気的に接続されており、さらなる処理のためにFIFOレジスターデータを出力する出力手段がFIFOレジスターを電気的に接続されていることを特徴とする光子検知子モジュール。
A photon detector array that generates a detector array output signal in response to the photon input; and
A stack processing module that receives the detector array output signal and is electrically connected, the processing module having at least two stacks, and detecting at least one stack received At least one integrated circuit chip for processing the child array output signal, each integrated circuit chip having an amplifier circuit for amplifying the detector array output signal, A differentiation circuit for differentiating is electrically connected to the amplification circuit, a comparison circuit for comparing the detector array output signal with a predetermined threshold value is electrically connected to the differentiation circuit,
An analog / digital conversion circuit that converts the detector array output signal into a digital value is electrically connected to the comparison circuit, and a FIFO register that receives the digital value is electrically connected to the converter for further processing. Therefore, the photon detector module is characterized in that the output means for outputting the FIFO register data is electrically connected to the FIFO register.
出力手段が少なくとも1個のマルチプレックス回路を有していることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。   2. A module according to claim 1, wherein the output means comprises at least one multiplex circuit. さらに検知子アレイの電気的に接続のための少なくとも1個のT−コネクターが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。   The module of claim 1, further comprising at least one T-connector for electrical connection of the detector array. デジタル値が1ビットのデジタル値であることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。   The module according to claim 1, wherein the digital value is a 1-bit digital value. 所定のしきい値が外部プログラム手段によりプログラム可能であることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。   The module of claim 1, wherein the predetermined threshold is programmable by external program means. 検知子アレイが検知子ピクセルの少なくとも1個の8X128アレイからなっていることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。   The module of claim 1, wherein the detector array comprises at least one 8X128 array of detector pixels. 検知子アレイが検知子ピクセルの少なくとも1個の128X128アレイからなっていることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。   The module of claim 1, wherein the detector array comprises at least one 128X128 array of detector pixels. 検知子アレイがInGaAs検知子アレイであることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。   The module of claim 1, wherein the detector array is an InGaAs detector array. ターゲットからの光子反射を発生する光子源と、光子反射に反応して検知子アレイ出力信号を生成する検知子アレイと、検知子アレイ出力信号を受信する積層処理モジュールとを有してなり、該処理モジュールが少なくとも2個の積層を有しており、各積層が受信検知子アレイ出力信号処理のための少なくとも1個の集積回路チップを有していることを特徴とする像映装置。   A photon source that generates photon reflection from the target, a detector array that generates a detector array output signal in response to the photon reflection, and a stacked processing module that receives the detector array output signal. An imaging device, wherein the processing module has at least two stacks, each stack having at least one integrated circuit chip for receiving detector array output signal processing. 処理モジュールがその上に形成された少なくとも1個のT−接続構造を有しており、これが検知子を外部電子装置に電気的に接続していることを特徴とする請求項9に記載の装置。   10. The apparatus of claim 9, wherein the processing module has at least one T-connection structure formed thereon, which electrically connects the detector to an external electronic device. . さらに回路手段が設けられていて、処理された検知子アレイ出力信号を電子イメージに変換することを特徴とする請求項9に記載の装置。   10. The apparatus of claim 9, further comprising circuit means for converting the processed detector array output signal into an electronic image. 回路手段が処理された検知子アレイ出力信号を三次元電子イメージに変換することを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus of claim 9, wherein the circuit means converts the processed detector array output signal into a three-dimensional electronic image. 光子源がレーザーであることを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus of claim 9, wherein the photon source is a laser. 光子源がパルスレーザーであることを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus according to claim 9, wherein the photon source is a pulsed laser. さらにビーム成形光学素子が設けられていて、光子源をターゲット上に結像させることを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus of claim 9, further comprising a beam shaping optical element for imaging the photon source on the target. さらに収束光学素子が設けられていて、反射光子を検知子アレイ上に結像させることを特徴とする請求項9に記載の装置。   10. The apparatus of claim 9, further comprising a converging optical element for imaging the reflected photons on the detector array. 検知子アレイがInGaAs検知子アレイであることを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus of claim 9, wherein the detector array is an InGaAs detector array. 検知子アレイが少なくとも1個のT−接続により処理モジュールにバンプ結合されていることを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus of claim 9, wherein the detector array is bump bonded to the processing module by at least one T-connection. 検知子アレイ出力信号が比較器により所定のしきい値と比較されることを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus of claim 9, wherein the detector array output signal is compared to a predetermined threshold by a comparator. 外部電子装置が検知子アレイであることを特徴とする請求項9に記載の装置。   The apparatus of claim 9, wherein the external electronic device is a detector array.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4618763A (en) * 1985-04-12 1986-10-21 Grumman Aerospace Corporation Infrared focal plane module with stacked IC module body
JPH09243748A (en) * 1996-03-06 1997-09-19 Nikon Corp Range finding device

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