時間分辨成像傳感技術(shù)

  盡管高級3D測量儀器市場已有許多基于激光掃描的TOF系統(tǒng)，
但是近10年來，人們對非掃描、全固態(tài)TOF相機的興趣與日俱增。
于是，用于這類系統(tǒng)的全定制探測器逐漸得到發(fā)展。主要劃分為如
下3類：
  (1)像素內(nèi)置光混頻器件。這種方法采用光解調(diào)器通過光激發(fā)
產(chǎn)生電荷，然后混頻進入到兩個或多個集電極，這樣可以獲得固有
的光混頻效應(yīng)。
  (2)耦合到專用處理電路的標(biāo)準(zhǔn)光電二極管。這種方法采用廣
泛使用的開關(guān)電容電子器件(在像素內(nèi)部或在外圍電路實現(xiàn))，從光
電二極管的光激發(fā)電流獲取距離信息。
  (3)耦合到合適處理電路的單光子雪崩光電二極管(SPAD)。不
同于(2)的是，這種方法采用蓋革工作模式的雪崩光電二極管獲得
單光子靈敏度，使用這種器件收集反射光信號，并耦合到讀取和處
理電路以便提取飛行時間信息。
  最成熟的解決方案是屬于(1)類方式的傳感器，而且目前市場
上大部分3D相機實際上都采用基于這種概念的方式。這種方法的主
要優(yōu)勢在于讀取通道簡單，同時能夠獲得較小的像素尺寸；最大的
問題是對周圍環(huán)境光比較敏感，并且采用非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)成本較高(如C
CD／CMOS、定制的CMOS、高阻抗襯底等)，然而通常情況下這是必
需的要求。
  為了處理和積累光激發(fā)電荷，需要在像素單元使用復(fù)雜的處理
電路，由此(2)類傳感器的特點是像素間距大和功耗相對高。而且
，這種方法的精度通常低于(1)和(2)類方式，原因是在信號路徑中
引入的大量晶體管所產(chǎn)生的噪聲影響。另一方面，點對點的處理結(jié)
構(gòu)能夠在像素單元或在按列劃分的單元上實現(xiàn)，并且能夠有效消除
大部分共模信號，這樣就可以實現(xiàn)背景自恢復(fù)的傳感器，應(yīng)用于像
汽車和安保等戶外工作方面。
  最后，自20世紀(jì)80年代以來，基于(3)類傳感器已經(jīng)廣泛用于
高性能單點掃描系統(tǒng)中，采用專用技術(shù)制造的雪崩光電二極管(APD
)，需要耦合到分立元件組成的讀取和處理電路或測量儀器。然而
直到最近，采用CM0s技術(shù)實現(xiàn)高性能APD／sPAD成為可能后，才為
基于這種方式的測距成像傳感器的實現(xiàn)鋪平了道路。

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