3D测量仪器分辨成像传感技术

  时间分辨成像传感技术

  尽管高级3D测量仪器市场已有许多基于激光扫描的TOF系统，
但是近10年来，人们对非扫描、全固态TOF相机的兴趣与日俱增。
于是，用于这类系统的全定制探测器逐渐得到发展。主要划分为如
下3类：
  (1)像素内置光混频器件。这种方法采用光解调器通过光激发
产生电荷，然后混频进入到两个或多个集电极，这样可以获得固有
的光混频效应。
  (2)耦合到专用处理电路的标准光电二极管。这种方法采用广
泛使用的开关电容电子器件(在像素内部或在外围电路实现)，从光
电二极管的光激发电流获取距离信息。
  (3)耦合到合适处理电路的单光子雪崩光电二极管(SPAD)。不
同于(2)的是，这种方法采用盖革工作模式的雪崩光电二极管获得
单光子灵敏度，使用这种器件收集反射光信号，并耦合到读取和处
理电路以便提取飞行时间信息。
  最成熟的解决方案是属于(1)类方式的传感器，而且目前市场
上大部分3D相机实际上都采用基于这种概念的方式。这种方法的主
要优势在于读取通道简单，同时能够获得较小的像素尺寸；最大的
问题是对周围环境光比较敏感，并且采用非标准技术成本较高(如C
CD／CMOS、定制的CMOS、高阻抗衬底等)，然而通常情况下这是必
需的要求。
  为了处理和积累光激发电荷，需要在像素单元使用复杂的处理
电路，由此(2)类传感器的特点是像素间距大和功耗相对高。而且
，这种方法的精度通常低于(1)和(2)类方式，原因是在信号路径中
引入的大量晶体管所产生的噪声影响。另一方面，点对点的处理结
构能够在像素单元或在按列划分的单元上实现，并且能够有效消除
大部分共模信号，这样就可以实现背景自恢复的传感器，应用于像
汽车和安保等户外工作方面。
  最后，自20世纪80年代以来，基于(3)类传感器已经广泛用于
高性能单点扫描系统中，采用专用技术制造的雪崩光电二极管(APD
)，需要耦合到分立元件组成的读取和处理电路或测量仪器。然而
直到最近，采用CM0s技术实现高性能APD／sPAD成为可能后，才为
基于这种方式的测距成像传感器的实现铺平了道路。

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