TW202208887A - 光感測器及其校正方法 - Google Patents

光感測器及其校正方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202208887A
TW202208887A TW110121043A TW110121043A TW202208887A TW 202208887 A TW202208887 A TW 202208887A TW 110121043 A TW110121043 A TW 110121043A TW 110121043 A TW110121043 A TW 110121043A TW 202208887 A TW202208887 A TW 202208887A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sensing
pixel
sensing sub
sub
control circuit
Prior art date
Application number
TW110121043A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI780757B (zh
Inventor
印秉宏
王佳祥
Original Assignee
大陸商廣州印芯半導體技術有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 filed Critical 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司
Publication of TW202208887A publication Critical patent/TW202208887A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI780757B publication Critical patent/TWI780757B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/14—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein a voltage or current pulse is initiated and terminated in accordance with the pulse transmission and echo reception respectively, e.g. using counters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4868—Controlling received signal intensity or exposure of sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
    • G04F10/005—Time-to-digital converters [TDC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02027—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for devices working in avalanche mode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4413—Type
    • G01J2001/442—Single-photon detection or photon counting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/444—Compensating; Calibrating, e.g. dark current, temperature drift, noise reduction or baseline correction; Adjusting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • G01J2001/4466—Avalanche
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/448—Array [CCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本發明提出一種光感測器及其校正方法。光感測器包括光源、感測子像素以及控制電路。光源發射感測光。感測子像素包括二極體、截止電阻以及時間至數位轉換器。二極體具有第一端耦接工作電壓。截止電阻耦接在二極體的第二端以及接地端電壓之間。時間至數位轉換器耦接二極體的第二端。控制電路耦接感測子像素，並依據對應於感測子像素的二極體的光子偵測率、內部增益值、截止電阻的電阻值的至少其中之一，以校正感測子像素的感測靈敏度，以使感測子像素只有當接收到感測光時，產生單光子崩潰二極體感測信號。

Description

光感測器及其校正方法
本發明是有關於一種感測技術，且特別是有關於一種光感測器及其校正方法。
目前，高敏感度的測距感測器在各應用領域例如醫療領域或車用領域中都非常多個需求應用。特別是，可用於感測極弱光的光感測器是目前主要感測器設計方向之一。有鑑於此，如何實現可有效地感測極弱光並且可具有高精確度及可靠度特點的光感測器，以下將提出幾個實施例的解決方案。
本發明提供一種光感測器及其校正方法，可校正光感測器的感測子像素的相關設定參數，以使光感測器可實現具有高可靠度的單光子崩潰二極體感測功能。
本發明的光感測器包括光源、感測子像素以及控制電路。光源用以發射感測光。感測子像素包括二極體、截止電阻以及時間至數位轉換器。二極體具有第一端耦接工作電壓。截止電阻耦接在二極體的第二端以及接地端電壓之間。時間至數位轉換器耦接二極體的第二端。控制電路耦接感測子像素，並且用以依據對應於感測子像素的二極體的光子偵測率、內部增益值、截止電阻的電阻值的至少其中之一，以校正感測子像素的感測靈敏度，以使感測子像素只有當接收到感測光時，產生單光子崩潰二極體感測信號。
本發明的校正方法適用於光感測器。所述光感測器包括光源、感測子像素以及控制電路。所述感測子像素包括二極體、截止電阻以及時間至數位轉換器。所述校正方法包括以下步驟：通過控制電路關閉光源；通過控制電路將各個感測子像素的感測靈敏度調至最高，通過控制電路操作感測子像素進行感測，並且判斷感測子像素是否產生單光子崩潰二極體感測信號；當感測子像素產生單光子崩潰二極體感測信號時，依據對應於感測子像素的二極體的光子偵測率、內部增益值、截止電阻的電阻值的至少其中之一，以校正感測子像素的感測靈敏度；通過控制電路開啟光源；以及通過控制電路操作感測子像素進行感測，並且判斷感測子像素是否產生單光子崩潰二極體感測信號。
基於上述，本發明的光感測器及其校正方法，可有效地校正感測子像素，以使感測子像素只會當接收到光源發射的感測光的情況下產生單光子崩潰二極體感測信號，而實現具有高可靠度的單光子崩潰二極體感測功能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭示確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1是本發明的一實施例的光感測器的架構示意圖。圖2是本發明的一實施例的感測陣列的示意圖。參考圖1及圖2，光感測器100包括控制電路110、感測陣列120以及光源130。控制電路110耦接感測陣列120以及光源130。感測陣列120包括多個感測子像素121_1~121_N，其中N為正整數。感測子像素121_1~121_N的每一個包括至少一個二極體（光電二極體（Photodiode））。所述二極體可為PN接面（pn junction）二極體。在本實施例中，控制電路110可控制感測陣列120，以操作感測子像素121_1~121_N中的二極體在蓋革模式（Geiger mode）或突崩線性模式（Avalanche linear mode）下，以進行光感測操作。
在本實施例中，光源130可為紅外線雷射光源，但本發明並不限於此。在本發明的另一些實施例中，光源130可為可見光光源或不可見光光源。在本實施例中，控制電路110可分別操作感測子像素121_1~121_N的所述多個二極體在蓋革模式或突崩線性模式的單光子崩潰二極體（Signal-Photon Avalanche Diode，SPAD）狀態，來感測光源130所發射的感測光，而可實現具有低光量且高感測敏感度特性的測距感測功能。
在本實施例中，控制電路110可例如是光感測器的內部電路或晶片，並且包括數位電路元件及/或類比電路元件。控制電路110可透過改變感測子像素121_1~121_N中的二極體的偏壓電壓及/或多個電晶體的控制電壓以控制感測子像素121_1~121_N中的二極體的操作模式及/或感測子像素121_1~121_N操作模式。控制電路110可控制光源130發射感測光，並且可對感測子像素121_1~121_N輸出的感測信號進行相關信號處理及感測資料運算。在本發明的另一些實施例中，控制電路110也可例如是光感測器的外部電路或晶片，例如某終端裝置的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、微處理器（Microprocessor Control Unit，MCU）或現場可程式閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）等諸如此類的處理電路或控制電路，但本發明並不以此為限。
圖3是本發明的一實施例的感測子像素的電路示意圖。參考圖3，本實施例的感測子像素300可適用於本發明各實施例所述的感測子像素。在本實施例中感測子像素300包括二極體310以及截止電阻Rq，並且光感測器的控制電路可(如圖1的控制電路110)包括放大器320以及時間至數位轉換器330。時間至數位轉換器330包括計數電路331。在本實施例中，二極體310的第一端耦接工作電壓VOP （VOP =VBD +VEB ），其中VBD 為崩潰電壓（Breakdown voltage），並且VEB 為超額偏壓（Excess bias voltage）。截止電阻Rq耦接在二極體310的第二端以及接地端電壓之間。截止電阻Rq與二極體310的第二端之間具有節點電壓VA 。放大器320的輸入端耦接二極體310的第二端。放大器320的輸出端耦接時間至數位轉換器330。在本實施例中，控制電路（例如圖1的控制電路110）可控制二極體310的偏壓，使二極體310操作在蓋革模式或突崩線性模式來接收由特定光源（例如圖1的光源130）發射的測距光。對此，當二極體310感測到測距光的單光子或數個光子（微量光子）時，放大器320的輸入端可接受到由二極體310提供的感測信號，其中所述感測信號可為單光子感測信號。並且，放大器320的輸出端可輸出經信號放大後的感測信號VOUT 至時間至數位轉換器330，其中所述經信號放大後的感測信號VOUT 可例如是方波脈衝信號。在本實施例中，控制電路（例如圖1的控制電路110）可控制二極體310的偏壓，使二極體310操作在蓋革模式或突崩線性模式來接收由特定光源（例如圖1的光源130）發射的感測光。
圖4是本發明的一實施例的二極體的特性曲線圖。圖5是本發明的一實施例的校正方法的流程圖。參考圖1、圖2、圖4以及圖5，圖1的光感測器100可執行以下步驟S510~S550，來校正感測子像素121_1~121_N。先說明的是，本實施例所述的子感測像素的二極體可具有如圖4所示的特性曲線401。圖4的橫軸為二極體的偏壓V，並且縱軸為二極體在對應偏壓下的電流I。當二極體的偏壓V大於0時（如圖4所示的電壓範圍M1），二極體可操作在太陽能電池模式（Solar cell mode）。當二極體的偏壓V介於0至突崩電壓V_APD之間時（如圖4所示的電壓範圍M2），二極體可操作在光電二極體模式。當二極體的偏壓V介於突崩電壓（Avalanche voltage）V_APD至崩潰電壓V_SPAD之間時（如圖4所示的電壓範圍M3），二極體可操作在突崩線性模式。當二極體的偏壓V小於崩潰電壓（Breakdown voltage）V_SPAD時（如圖4所示的電壓範圍M4），二極體可操作在蓋革模式。
在本實施例中，控制電路110控制感測子像素121_1~121_N的多個二極體的偏壓，以使所述多個二極體操作在蓋革模式或突崩線性模式來接收由光源130發射的感測光。在步驟S510，控制電路110關閉光源130。在步驟S511，控制電路110將各個感測子像素121_1~121_N的感測靈敏度調至最高。在步驟S512，控制電路110操作各個感測子像素121_1~121_N進行感測。在步驟S520，控制電路110判斷各個感測子像素121_1~121_N是否產生單光子崩潰二極體感測信號。若否，在步驟S540，控制電路110結束校正。若是，在步驟S530，控制電路110校正各個感測子像素的感測靈敏度。對此，控制電路110可依據對應於各個感測子像素121_1~121_N的二極體的光子偵測率、內部增益值、截止電阻的電阻值的至少其中之一，以校正各個感測子像素121_1~121_N的感測靈敏度。並且，控制電路110迴圈式地執行步驟S520、S530。直到在步驟S520，當控制電路110判斷各個感測子像素121_1~121_N未產生單光子崩潰二極體感測信號時，控制電路110結束校正。換言之，本發明的控制電路110可在光源130未發射感測光的情況下，可先判斷各個感測子像素121_1~121_N是否發生誤判，來決定是否校正各個感測子像素的感測靈敏度。
具體而言，以下搭配圖3的感測子像素300來說明，本實施例的二極體310的單光子崩潰二極體感測機制可預先設計為當二極體310接收到由感測對象反射感測光的1個光子時，二極體可產生大電流，進而觸發截止電路（quenching circuit），並將感測信號輸入至時間至數位轉換器330，以使時間至數位轉換器330輸出對應的感測時間計算，因此控制電路110可依據感測光的發射時間與上述的感測時間資訊進行計算，即可獲得飛時測距感測結果。然而，二極體310可能在光源130未發射感測光的情況下，由於接收到背景光或環境光的多個光子而產生誤判的感測信號。因此，控制電路110可透過執行以下多個校正手段的至少其中之一來校正圖2的各個感測子像素121_1~121_N的感測靈敏度（逐一調整）。值得注意的是，各個感測子像素121_1~121_N的感測靈敏度會因為製程的變異而不同，因此需要個別逐一校正。
在第一校正手段中（適用於二極體310操作在蓋革模式），控制電路110可通過調整感測子像素300的二極體310操作在蓋革模式的超額偏壓（excess bias, Vex）VE來改變感測子像素300的二極體310的光子偵測率（Photon Detection Probability, PDP），亦即光子被接收到的機率，以校正光感測器100的感測靈敏度。如圖4所示，超額偏壓VE為表示小於崩潰電壓V_SPAD的電壓範圍M4（操作範圍）。控制電路110可降低超額偏壓VE來調降二極體310的光子偵測率。換言之，二極體310的光子偵測率調降後，就機率上而言，二極體310需接收超過N個光子（例如環境光為對應於五個光子的強度，則N=5）才會導通以產生感測信號，其中N為正整數。例如，二極體310的光子偵測率調降後，就機率上而言，每六個光子，二極體310可接收到一個光子，進而觸發截止電路，並將感測信號輸入至時間至數位轉換器330。對此，控制電路110可例如是執行上述步驟S520、S530的逐步調整機制，來依據預設調整電壓值（例如逐次調整0.1V）來逐步調整超額偏壓VE（逐步調整二極體310的操作範圍）。因此，感測子像素300的感測靈敏度可被有效地降低，而可避免感測子像素300的二極體310在光源130未發射感測光的情況下產生誤判的感測信號。
在第二校正手段中（適用於二極體310操作在蓋革模式或突崩線性模式），控制電路110可通過調整感測子像素300的二極體310操作在蓋革模式的超額偏壓VE或操作在突崩線性模式的偏壓來改變感測子像素300的二極體310的內部增益值，以校正光感測器100的感測靈敏度。對此，由於二極體310的內部增益值隨著偏壓增加而被調升，並且隨著偏壓減少而被調降，因此控制電路110可透過降低超額偏壓VE或操作在突崩線性模式的偏壓的方式來降低內部增益值。若二極體310的內部增益值調降，則一個光子在二極體310內所產生的電流減少。換言之，二極體310的內部增益值調降後，二極體310需接收超過N個光子（例如環境光為對應於五個光子的強度，則N=5），才會產生足夠大的電流，進而觸發截止電路，並將感測信號輸入至時間至數位轉換器330以產生感測信號。例如，二極體310的內部增益值調降後，當二極體310接收到感測光的六個光子時，二極體310可產生足夠大的電流，進而觸發截止電路並將感測信號輸入至時間至數位轉換器。對此，控制電路110可例如是執行上述步驟S520、S530的逐步調整機制，來依據預設調整電壓值（例如逐次調整0.1V）來逐步調整超額偏壓VE或操作在突崩線性模式的偏壓（逐步調整二極體310的操作範圍）。因此，感測子像素300的感測靈敏度可被有效地降低，而可避免感測子像素300的二極體310在光源130未發射感測光的情況下產生誤判的感測信號。
在第三校正手段中（適用於二極體310操作在蓋革模式或突崩線性模式），控制電路110可通過調整感測子像素300的截止電阻（Quenching Resistor）Rq（截止電阻Rq可為可變電阻）的電阻值，來校正光感測器100的感測靈敏度。對此，若截止電阻Rq的電阻值被調降，則二極體310接收到的一個光子所產生的節點電壓VA （V=IR）將同樣被調降。換言之，截止電阻Rq的電阻值調降後，二極體310需接收超過N個光子（例如環境光為對應於五個光子的強度，則N=5）才會觸發截止電路並將感測信號輸入至時間至數位轉換器330以產生感測信號。例如，截止電阻Rq的電阻值調降後，當二極體310接收到感測光的六個光子時，由於二極體310依據六個光子所對應產生的節點電壓VA 才會足夠大，進而觸發截止電路並將感測信號輸入至時間至數位轉換器330。對此，控制電路110可例如是執行上述步驟S520、S530的逐步調整機制，來依據預設調整電阻值來逐步調降截止電阻Rq的電阻值。因此，感測子像素300的感測靈敏度可被有效地降低，而可避免感測子像素300的二極體310在光源130未發射感測光的情況下產生誤判的感測信號。
在第四校正手段中（適用於二極體310操作在蓋革模式或突崩線性模式），在上述步驟S530中，可替代的是，控制電路110可通過調整感測子像素300與至少另一感測子像素的協同（co-incidience）工作數量，以對應校正光感測器100的整體感測靈敏度。對此，先說明的是，控制電路110可判斷感測子像素300與所述至少另一感測子像素的所述多個二極體是否在曝光時間區間中同步產生多個感測電流，以確認感測子像素300與所述至少另一感測子像素的所述多個二極體是否感測到光。換言之，控制電路110可例如設定本實施例的感測子像素121_1~121_N中的每多個感測子像素作為一個感測像素（或稱宏像素（macro-pixel））。例如參考圖2，四個感測子像素121_A~121_D可作為一個感測像素122，其中A~D為正整數，並且小於或等於N。控制電路110可判斷感測子像素121_A~121_D是否在對應的同一個曝光時間區間中各別感測到一個或多個光子而同步產生多個感測電流，以作為一個像素感測結果。例如，控制電路110可將感測子像素121_A~121_D的距離感測結果（時間差或距離值）作為一個像素感測結果。因此，由於感測像素122的感測子像素121_A~121_D需都各別接收到感測光的一個光子，控制電路110才會將感測子像素121_A~121_D的多個感測電流作為一個像素感測結果。換言之，感測像素122需要接收到四個光子才會產生像素感測結果。因此，光感測器100的整體感測靈敏度可被有效地降低，而可避免在光源130未發射感測光的情況下產生誤判的感測信號。
在第五校正手段中（適用於二極體310操作在蓋革模式或突崩線性模式），在上述步驟S530中，可替代的是，控制電路110可操作光源130發射對應於特定脈衝編碼的感測光，並且控制電路110可判斷感測子像素300的時間至數位轉換器330輸出的感測信號是否對應於所述特定脈衝編碼，以產生確認感測結果。換言之，控制電路110可控制光源130發射特定脈衝編碼或特定圖案的感測光，並且判斷感測陣列120的感測子像素121_1~121_N產生的感測信號是否具有對應的特定脈衝編碼或特定圖案的感測結果，來有效地避免光感測器100在光源130未發射感測光的情況下產生誤判的感測信號。
在第六校正手段中（適用於二極體310操作在蓋革模式或突崩線性模式），在上述步驟S530中，可替代的是，控制電路110可調整感測陣列120的填充因子（fill factor），以校正光感測器100的整體感測靈敏度。控制電路110可調降感測陣列120的填充因子，以使光感測器100的整體感測靈敏度相應地下降來有效地避免光感測器100在光源130未發射感測光的情況下產生誤判的感測信號。在本實施例中，控制電路110調整填充因子的方式是在感測期間對於光感測器100的多個宏像素（Macro pixel）的每一個中的多個子像素的一部分予以禁能（Disable），以調降感測靈敏度。例如，控制電路110在感測期間對於光感測器100的多個宏像素（Macro pixel）的每一個中的P個子像素中的Q個予以禁能，其中P及Q為正整數，並且P大於Q。
圖6A是本發明的一實施例的感測信號的信號波形曲線的示意圖。圖6B是本發明的一實施例的參考信號波形曲線的示意圖。圖6C是本發明的一實施例的校正後的信號波形曲線的示意圖。參考圖1、圖2、圖6A至圖6C，在本實施例中，控制電路110可對感測子像素121_1~121_N的每一個的感測信號進行校正。當感測子像素121_1~121_N的二極體被操作在蓋革模式或突崩線性模式時，控制電路110可依據感測子像素121_1~121_N的所述多個二極體的各別在感測期間提供的感測信號各別建立如圖6A所示的信號波形曲線。值得注意的是，本實施例的信號波形曲線也可以採用直方圖（Histogram）資料的形式來呈現。
舉例而言，由於二極體操作在蓋革模式或突崩線性模式，因此感測信號的信號波形曲線701在時間ta可對應於感測光的數個光子數具有對應的感測結果。然而，由於二極體操作在蓋革模式或突崩線性模式下容易受到環境光或背景光的影響，因此若控制電路110是依據信號波形曲線701是否超過3個光子數的感測結果來判斷是否接收到感測光，則環境光或背景光對信號曲線701的影響高於或等於3個光子數（對應於環境光或背景光的信號強度例如高達10個光子數）。對此，控制電路110可依據所述多個二極體的各別在光源130未發射的感測光的另一感測期間提供的另一感測信號建立如圖6B所示參考信號波形曲線702。控制電路110可比較圖6A的信號波形曲線701與圖6B的參考信號波形曲線702。控制電路110可對信號波形曲線701及參考信號波形曲線702進行數值相減，以產生如圖6C所示的校正後的信號波形曲線703。因此，控制電路110可分析信號波形曲線703，以判斷信號波形曲線703在時間ta發生高於或等於3個光子數的感測結果的曲線變化來判斷接收到感測光。因此，由於感測子像素121_1~121_N可各別進行上述信號波形的校正處理，因此本實施例的光感測器100可以有效地確認所述多個二極體各別是否感測到由光源130發射的感測光。
然而，在本發明的其他實施例中，控制電路110也可依據所述多個二極體的各別的如信號波形曲線701的數值分布來推算對應於感測信號中背景感測信號部分，以產生的參考信號波形曲線702。值得注意的是，前述的推測方式可是利用卜瓦松分布（Poisson distribution）。具體而言，由於背景感測信號的波形曲線為一種卜瓦松分布，因此控制電路110可依據卜瓦松分布來推算信號波形曲線701的數值分布以取得對應於感測信號中的背景感測信號部分的參考信號波形曲線702。並且，控制電路110可將信號波形曲線701與經由卜瓦松分布所推得的參考信號波形曲線702進行數值相減，即可取得信號波形曲線703。
圖6D是本發明的另一實施例的感測信號的信號波形曲線的示意圖。參考圖1、圖2及圖6D，在本發明的另一些實施例中，光源130所發射的感測光可具有第一偏極化（例如垂直偏極化或水平偏極化）。感測子像素121_1~121_N的每一個可包括具有第一偏極化的濾光器，以使感測子像素121_1~121_N的所述多個二極體只可接收具有第一偏極化的光線。因此，控制電路110可感測子像素121_1~121_N的所述多個二極體各別在感測期間提供的感測信號來建立信號波形曲線704。對此，由於環境光或背景光具有未偏極化的特性，因此信號波形曲線704中對應於背景光或環境光的感測結果的信號強度可被降低（對應於環境光或背景光的信號強度例如為5個光子數）。如此一來，信號波形曲線704的對應於環境光或背景光的部分的信號強度被降低。相對的，信號波形曲線704的對應於在時間ta的感測結果的信號強度被增強。因此，信號波形曲線704可更易於控制電路110進行信號分析，進而可有效地取得在時間ta的感測結果。
圖7是本發明的一實施例的光感測器的操作時序圖。參考圖1、圖2及圖7，先說明的是，由於感測子像素121_1~121_N的所述多個二極體分別作為單光子崩潰二極體（操作在蓋革模式或突崩線性模式），因此當所述多個二極體分別感測到光子而發生崩潰事件後，感測子像素121_1~121_N須分別對所述多個二極體分進行重新偏壓，因此會具有一段無法感測光子的期間（可稱為死亡時間（dead time））。對此，為了降低死亡時間的影響，本實施例的控制電路110可設定感測子像素121_1~121_N中的每多個感測子像素作為一個感測像素。例如參考圖1，四個感測子像素121_A~121_D可作為一個感測像素122。
當感測子像素121_A~121_D的所述四個二極體被操作在蓋革模式或突崩線性模式時，控制電路110可將屬於同一像素的感測子像素121_A~121_D在時間t0至時間t6一個圖框感測期間依序曝光。如圖7所示的感測光的發射時序PH1~PH4，在時間t0至時間t6的期間，例如有四個感測光信號（光子）P1~P4被發射至感測像素122。如圖7所示的曝光操作時序EP1~EP4，當感測子像素121_1在曝光期間T1中的時間t1接收到感測光信號P1時，感測子像素121_1需經過延遲時間Td後才可進行下一次的曝光操作。對此，如果感測子像素121_2~121_4的曝光期間T2~T4與曝光期間T1相同，則感測子像素121_1~121_4只能接收到感測光信號P1，而感測光信號P2~P4將會因為感測子像素121_1~121_4處於死亡時間而無法被感測到。
因此，在本實施例中，感測子像素121_2~121_4的曝光期間T2~T4的曝光開始時間可分被依序延後至時間t2~t4，並且曝光期間T1~T4依序的相鄰兩個曝光期間之間可為部分重疊。如此一來，感測子像素121_2可在曝光期間T2中的時間t1到時間t2之間接收到感測光信號P2。感測子像素121_3可在曝光期間T3中的時間t3到時間t4之間接收到感測光信號P3。感測子像素121_4可在曝光期間T4中的時間t5到時間t6之間接收到感測光信號P4。因此，感測子像素121_2~121_4可有效接收到全部的感測光信號P1~P4，而提供準確的感測結果。
綜上所述，本發明的光感測器及其校正方法，可有效地校正感測子像素及/或感測陣列，以使光感測器只會當接收到光源發射的感測光的情況下產生感測信號。並且，本發明的光感測器及其校正方法，還可透過校正感測信號的信號波形曲線，以使校正後的感測信號可易於控制電路進行信號分析。並且，本發明的光感測器及其校正方法，還可有效減少感測子像素的死亡時間的影響，而提供準確的感測結果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:光感測器 110:控制電路 120: 感測陣列 121_1~121_N、121_A、121_B、121_C、121_D、300:感測子像素 122:感測像素 130:光源 310:二極體 320:放大器 330:時間至數位轉換器 401:特性曲線 701~704:信號波形曲線 S510、S511、S512、S520、S530、S540:步驟 V_SPAD、VBD :崩潰電壓 V_APD:突崩電壓 VE、VEB :超額偏壓 VCC、VOP :工作電壓 I:電流 V:電壓 VA :節點電壓 VOUT :感測信號 M1~M4:電壓範圍 Rq:截止電阻 ta、t0~t6:時間 P1~P4:感測光信號 T1~T4:曝光期間 Td:延遲時間 EP1~EP4:曝光操作時序 PH1~PH4:感測光的發射時序
圖1是本發明的一實施例的光感測器的架構示意圖。 圖2是本發明的一實施例的感測陣列的示意圖。 圖3是本發明的一實施例的感測子像素的電路示意圖。 圖4是本發明的一實施例的二極體的特性曲線圖。 圖5是本發明的一實施例的校正方法的流程圖。 圖6A是本發明的一實施例的感測信號的信號波形曲線的示意圖。 圖6B是本發明的一實施例的參考信號波形曲線的示意圖。 圖6C是本發明的一實施例的校正後的信號波形曲線的示意圖。 圖6D是本發明的另一實施例的感測信號的信號波形曲線的示意圖。 圖7是本發明的一實施例的光感測器的操作時序圖。
S510、S511、S512、S520、S530、S540:步驟

Claims (20)

  1. 一種光感測器，包括： 一光源，用以發射一感測光； 一感測子像素，包括： 一二極體，具有一第一端耦接一工作電壓； 一截止電阻，耦接在所述二極體的一第二端以及一接地端電壓之間；以及 一時間至數位轉換器，耦接所述二極體的所述第二端；以及 一控制電路，耦接所述感測子像素，並且用以依據對應於所述感測子像素的所述二極體的一光子偵測率、一內部增益值、所述截止電阻的一電阻值的至少其中之一，以校正所述感測子像素的一感測靈敏度，以使所述感測子像素只有當接收到所述感測光時，產生一單光子崩潰二極體感測信號。
  2. 如請求項1所述的光感測器，其中所述控制電路通過調整所述感測子像素的所述二極體操作在一蓋革模式的一超額偏壓來改變所述感測子像素的所述二極體的所述光子偵測率，以校正所述感測子像素的所述感測靈敏度。
  3. 如請求項1所述的光感測器，其中所述控制電路通過調整所述感測子像素的所述二極體操作在一蓋革模式的一超額偏壓或操作在一突崩線性模式的一偏壓來改變所述感測子像素的所述二極體的所述內部增益值，以校正所述感測子像素的所述感測靈敏度。
  4. 如請求項1所述的光感測器，其中所述控制電路還通過調整所述感測子像素與至少另一感測子像素的一協同工作數量，以對應校正所述光感測器的整體感測靈敏度， 其中所述控制電路判斷所述感測子像素與所述至少另一感測子像素的所述多個二極體是否在所述曝光時間區間中同步產生多個感測電流，以確認所述感測子像素與所述至少另一感測子像素的所述多個二極體是否感測到光。
  5. 如請求項1所述的光感測器，其中所述控制電路操作所述光源發射對應於一特定脈衝編碼的所述感測光，並且所述控制電路判斷所述感測子像素的所述時間至數位轉換器輸出的一感測信號是否對應於所述特定脈衝編碼，以產生一確認感測結果。
  6. 如請求項1所述的光感測器，其中所述控制電路禁能所述光感測器的多個宏像素的每一個的多個感測子像素的一部分予以禁能，以調整所述感測子像素的一填充因子，並校正所述光感測器的整體感測靈敏度。
  7. 如請求項1所述的光感測器，其中當所述感測子像素的所述二極體被操作在所述蓋革模式或所述突崩線性模式時，所述控制電路依據所述感測子像素在一感測期間提供的一感測信號建立一信號波形曲線，並且所述控制電路比較所述信號波形曲線與一參考信號波形曲線，以確認所述感測子像素是否感測到由所述光源發射的所述感測光。
  8. 如請求項7所述的光感測器，其中所述控制電路依據一卜瓦松分布（Poisson distribution）來所述信號波形曲線的一數值分布以取得對應於所述感測信號中的一背景感測信號部分的所述參考信號波形曲線。
  9. 如請求項7所述的光感測器，其中所述參考信號波形曲線為所述控制電路依據另一感測子像素的所述二極體在所述光源未發射所述感測光的情況下提供的另一感測信號來建立的。
  10. 如請求項1所述的光感測器，其中所述光源發射的所述感測光具有一第一偏極化， 其中所述多個二極體具有所述第一偏極化的一濾光器，並且用以接收對應於所述感測光的一反射光。
  11. 如請求項1所述的光感測器，其中當屬於同一像素的所述感測子像素與至少另一感測子像素的所述多個二極體被操作在所述蓋革模式或所述突崩線性模式時，所述感測子像素及所述至少另一感測子像素在一個圖框感測期間依序進行曝光。
  12. 如請求項11所述的光感測器，其中所述感測子像素與至少另一感測子像素的多個曝光期間為部分重疊。
  13. 一種校正方法，適用於一光感測器，其中所述光感測器包括一光源、一感測子像素以及一控制電路，並且所述感測子像素包括一二極體、一截止電阻以及一時間至數位轉換器，其中所述校正方法包括： 通過所述控制電路關閉所述光源； 通過所述控制電路將所述感測子像素的一感測靈敏度調至最高； 通過所述控制電路操作所述感測子像素進行感測，並且判斷所述感測子像素是否產生一單光子崩潰二極體感測信號；以及 當所述感測子像素產生所述單光子崩潰二極體感測信號時，依據對應於所述感測子像素的所述二極體的一光子偵測率、一內部增益值、所述截止電阻的一電阻值的至少其中之一，以校正所述感測子像素的所述感測靈敏度。
  14. 如請求項13所述的校正方法，其中校正所述感測子像素的所述感測靈敏度的步驟包括： 通過所述控制電路調整所述感測子像素的所述二極體操作在一蓋革模式的一超額偏壓來改變所述感測子像素的所述二極體的所述光子偵測率，以校正所述感測子像素的所述感測靈敏度
  15. 如請求項13所述的校正方法，其中校正所述感測子像素的所述感測靈敏度的步驟包括： 通過所述控制電路調整所述感測子像素的所述二極體操作在一蓋革模式的一超額偏壓或操作在一突崩線性模式的一偏壓來改變所述感測子像素的所述二極體的所述內部增益值，以校正所述感測子像素的所述感測靈敏度。
  16. 如請求項13所述的校正方法，其中校正所述感測子像素的所述感測靈敏度的步驟包括： 通過所述控制電路調整所述感測子像素與至少另一感測子像素的一協同工作數量，以對應校正所述光感測器的整體感測靈敏度， 其中所述控制電路判斷所述感測子像素與所述至少另一感測子像素的所述多個二極體是否在所述曝光時間區間中同步產生多個感測電流，以確認所述感測子像素與所述至少另一感測子像素的所述多個二極體是否感測到光。
  17. 如請求項13所述的校正方法，其中校正所述感測子像素的所述感測靈敏度的步驟包括： 通過所述控制電路操作所述光源發射對應於一特定脈衝編碼的所述感測光；以及 通過所述控制電路判斷所述感測子像素的所述時間至數位轉換器輸出的一感測信號是否對應於所述特定脈衝編碼，以產生一確認感測結果。
  18. 如請求項13所述的校正方法，其中校正所述感測子像素的所述感測靈敏度的步驟包括： 通過所述控制電路禁能所述光感測器的多個宏像素的每一個的多個感測子像素的一部分予以禁能，以調整所述感測子像素的一填充因子，並校正所述光感測器的整體感測靈敏度。
  19. 如請求項13所述的校正方法，還包括： 當所述感測子像素的所述二極體被操作在所述蓋革模式或所述突崩線性模式時，通過所述控制電路依據所述感測子像素在一感測期間提供的一感測信號建立一信號波形曲線；以及 通過所述控制電路比較所述信號波形曲線與一參考信號波形曲線，以確認所述感測子像素是否感測到由所述光源發射的所述感測光。
  20. 如請求項13所述的校正方法，還包括： 當屬於同一像素的所述感測子像素與至少另一感測子像素的所述多個二極體被操作在所述蓋革模式或所述突崩線性模式時，通過所述控制電路操作所述感測子像素及所述至少另一感測子像素在一個圖框感測期間依序進行曝光。
TW110121043A 2020-07-10 2021-06-09 光感測器及其校正方法 TWI780757B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063050120P 2020-07-10 2020-07-10
US63/050,120 2020-07-10
US202063058502P 2020-07-30 2020-07-30
US63/058,502 2020-07-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202208887A true TW202208887A (zh) 2022-03-01
TWI780757B TWI780757B (zh) 2022-10-11

Family

ID=79172384

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110118859A TWI759213B (zh) 2020-07-10 2021-05-25 光感測器及其感測方法
TW110120603A TWI777602B (zh) 2020-07-10 2021-06-07 光感測器以及測距方法
TW110121043A TWI780757B (zh) 2020-07-10 2021-06-09 光感測器及其校正方法
TW110120968A TWI808431B (zh) 2020-07-10 2021-06-09 光感測器以及測距方法

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110118859A TWI759213B (zh) 2020-07-10 2021-05-25 光感測器及其感測方法
TW110120603A TWI777602B (zh) 2020-07-10 2021-06-07 光感測器以及測距方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110120968A TWI808431B (zh) 2020-07-10 2021-06-09 光感測器以及測距方法

Country Status (3)

Country Link
US (4) US11320521B2 (zh)
CN (4) CN113923384B (zh)
TW (4) TWI759213B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114840071A (zh) * 2022-03-30 2022-08-02 联想(北京)有限公司 一种时序控制电路和方法
CN219016582U (zh) * 2022-05-30 2023-05-12 神盾股份有限公司 距离感测装置

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8519340B2 (en) * 2008-12-22 2013-08-27 Koninklijke Philips N.V. High dynamic range light sensor
DE102009029376A1 (de) * 2009-09-11 2011-05-12 Robert Bosch Gmbh Photonendetektor mit paralysierbarem Photonen-empfindlichem Element, insbesondere SPAD, sowie Entfernungsmessgerät mit solchem Photonendetektor
US8760631B2 (en) * 2010-01-27 2014-06-24 Intersil Americas Inc. Distance sensing by IQ domain differentiation of time of flight (TOF) measurements
TWI448871B (zh) * 2010-01-27 2014-08-11 Intersil Inc 用於飛行時間光二極體前級之直流修正電路
FR2970339B1 (fr) * 2011-01-10 2013-02-08 Commissariat Energie Atomique Procede de detection de matiere nucleaire par interrogation neutronique et systeme de detection associe
US9086389B2 (en) * 2012-10-26 2015-07-21 Kla-Tencor Corporation Sample inspection system detector
US10012534B2 (en) * 2014-07-02 2018-07-03 The Johns Hopkins University Photodetection circuit having at least one counter operative in response to a mode switching circuit and operating method thereof
US9711488B2 (en) * 2015-03-13 2017-07-18 Mediatek Inc. Semiconductor package assembly
US9632186B2 (en) * 2015-05-28 2017-04-25 General Electric Company Systems and methods for sub-pixel location determination
JP6644872B2 (ja) * 2015-08-27 2020-02-12 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 光子計数装置及び方法
GB2542811A (en) * 2015-09-30 2017-04-05 Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd Sensing apparatus having a light sensitive detector
US9997551B2 (en) * 2015-12-20 2018-06-12 Apple Inc. Spad array with pixel-level bias control
US9866816B2 (en) * 2016-03-03 2018-01-09 4D Intellectual Properties, Llc Methods and apparatus for an active pulsed 4D camera for image acquisition and analysis
WO2018194920A1 (en) * 2017-04-19 2018-10-25 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Polarization sensitive devices, methods and applications
WO2018216400A1 (ja) * 2017-05-25 2018-11-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像素子、及び撮像装置
EP3460508A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-27 ams AG Semiconductor body and method for a time-of-flight measurement
RU177777U1 (ru) * 2017-10-10 2018-03-12 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Термостатированный планшетный люминометр с автоматическим дозатором для высокопроизводительного биотестирования
JP7043218B2 (ja) * 2017-10-26 2022-03-29 シャープ株式会社 光センサ、距離測定装置、および電子機器
CN108075828A (zh) * 2017-12-16 2018-05-25 国网湖北省电力有限公司信息通信公司 一种基于多路光纤光信号监测的otdr装置
US20190239753A1 (en) * 2018-02-06 2019-08-08 Kendall Research Systems, LLC Interleaved photon detection array for optically measuring a physical sample
WO2019191735A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 Kendall Research Systems, LLC An interleaved photon detection array for optically measuring a physical sample
US11199444B2 (en) * 2018-07-11 2021-12-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Time-to-digital converter circuit and method for single-photon avalanche diode based depth sensing
JP7175655B2 (ja) * 2018-07-18 2022-11-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子および測距モジュール
TWI828695B (zh) * 2018-07-27 2024-01-11 日商索尼半導體解決方案公司 受光裝置及測距裝置
JP2020048019A (ja) * 2018-09-18 2020-03-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子および測距システム
EP3647814B1 (en) * 2018-10-31 2023-12-27 Integrated Device Technology, Inc. Light detection and ranging system and method for operating a light detection and ranging system
TWI696842B (zh) * 2018-11-16 2020-06-21 精準基因生物科技股份有限公司 飛時測距感測器以及飛時測距方法
US11486984B2 (en) * 2018-12-26 2022-11-01 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Three-dimensional light detection and ranging system using hybrid TDC and ADC receiver
US11644549B2 (en) * 2019-03-06 2023-05-09 The University Court Of The University Of Edinburgh Extended dynamic range and reduced power imaging for LIDAR detector arrays
US11644547B2 (en) * 2019-06-27 2023-05-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Time-of-light sensing device and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20220011412A1 (en) 2022-01-13
CN113917442A (zh) 2022-01-11
TW202202805A (zh) 2022-01-16
US11953629B2 (en) 2024-04-09
TW202203419A (zh) 2022-01-16
US20220011413A1 (en) 2022-01-13
US20220011158A1 (en) 2022-01-13
US11747451B2 (en) 2023-09-05
TWI777602B (zh) 2022-09-11
CN113917440A (zh) 2022-01-11
TW202202870A (zh) 2022-01-16
TWI808431B (zh) 2023-07-11
CN113923384A (zh) 2022-01-11
TWI780757B (zh) 2022-10-11
CN113917441A (zh) 2022-01-11
TWI759213B (zh) 2022-03-21
CN113923384B (zh) 2024-02-13
US11320521B2 (en) 2022-05-03
US20220011159A1 (en) 2022-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI780757B (zh) 光感測器及其校正方法
JP6633197B2 (ja) 光検出装置、及び電子機器
US20180246214A1 (en) Solid-state imaging device, distance measurement device, and distance measurement method
US20210302553A1 (en) Lidar systems with improved time-to-digital conversion circuitry
CN111198382B (zh) 飞时测距传感器以及飞时测距方法
JP6764529B2 (ja) 光検出器および携帯型電子機器
JPH04357423A (ja) フォトセンサ回路
KR20170087639A (ko) 전류 거울을 사용하여 spad 변화에 무관한 퀀칭 바이어스 회로
US11221253B2 (en) System with a SPAD-based semiconductor device having dark pixels for monitoring sensor parameters
US11159738B2 (en) Imaging devices with single-photon avalanche diodes having sub-exposures for high dynamic range
TWI748460B (zh) 飛時測距裝置及飛時測距方法
US11525913B2 (en) Light detection device and electronic apparatus comprising plural SPAD arrays with a photon detection rate controller
US20220357445A1 (en) Distance image measuring device
KR100550200B1 (ko) 광 감지 픽셀 센서 및 방법
US20230258783A1 (en) Detection apparatus and method
JP5391127B2 (ja) 時間計測装置および距離計測装置
TW202008771A (zh) 具有比例電容器的焦平面陣列
TW202017360A (zh) 雙模式焦平面陣列
US20240159902A1 (en) Distance measurement device, distance correction method, and non-transitory computer-readable storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent