基于单光子雪崩二极管的范围检测装置制造方法及图纸

提供一种基于单光子雪崩二极管的范围检测装置。其包括：单光子雪崩二极管参考阵列，被配置成用于经由内部耦合路径接收来自照明源的光；单光子雪崩二极管返回阵列，被配置成用于经由外部自由空间路径接收来自该照明源的光；校准脉冲发生器，被配置成用于生成校准信号脉冲；读出电路系统，被配置成用于接收：该参考阵列经由参考信号路径的输出；该返回阵列经由返回信号路径的输出；以及该校准脉冲发生器经由校准信号路径的输出，该校准信号路径包括基本上遵循该参考信号路径的第一信号路径，其中该读出电路系统被配置成用于基于该校准脉冲发生器经由该校准信号路径的该输出来确定该参考信号路径与该返回信号路径之间的延迟差值。

【技术实现步骤摘要】
基于单光子雪崩二极管的范围检测装置
一些实施例涉及一种装置，并且具体地而非排他性地涉及一种具有光敏器件阵列的装置.技术背景单光子雪崩二极管(SPAD)飞行时间(ToF)传感器通常包括单光子雪崩二极管阵列和垂直腔面发射激光器(VCSEL)形式的照明源。由驱动器电路为垂直空腔表面发射激光器提供电流，该驱动器电路通常被配置为能够控制经过激光器的电流，以便产生脉冲或其他波形输出。典型SPAD传感器的物理布局是有待解决的复杂问题。需要在区域之上在各个位置处在基板上定位各部件并且以适当的方式对这些部件进行耦合，以尝试对一组测量参数(如性能相关的参数)进行优化。然而，由于许多原因，这些安排和配置对于测量参数而言可能不是最佳的，如由于某些其他约束问题，它们通常会导致器件成本或输出质量的显著劣化。常规安排和配置通常尝试对SPAD传感器的布局进行优化，其方式使得参考阵列与读出电路系统以及返回阵列与读出电路系统之间的耦合或路径是相同的，以便防止或显着地减小由参考信号路径和返回信号路径生成的信号之间的任何时间性差异。然而，这种安排在布局利用率方面产生非最佳的安排，并且经常产生无法使用显著区域的安排。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种装置，该装置包括：单光子雪崩二极管参考阵列，该单光子雪崩二极管参考阵列被配置成用于经由内部耦合路径接收来自照明源的光；单光子雪崩二极管返回阵列，该单光子雪崩二极管返回阵列被配置成用于经由外部自由空间路径接收来自该照明源的光；校准脉冲发生器，该校准脉冲发生器被配置成用于生成校准信号脉冲；以及读出电路系统，该读出电路系统被配置成用于接收：该参考阵列经由参考信号路径的输出；该返回阵列经由返回信号路径的输出；以及该校准脉冲发生器经由校准信号路径的输出，该校准信号路径包括基本上遵循该参考信号路径的第一信号路径，其中，该读出电路系统被配置成用于基于该校准脉冲发生器经由该校准信号路径的该输出来确定该参考信号路径与该返回信号路径之间的延迟差值。该第一信号路径可以被安排成经由该参考阵列从该校准脉冲发生器到该读出电路系统，该校准信号路径可以进一步包括耦合至该读出电路系统的第二信号路径，并且被配置成用于确定该延迟差的该读出电路系统可以进一步被配置成用于：经由该第一信号路径接收该校准信号脉冲；经由该第二信号路径接收该校准信号脉冲；确定经由该第一信号路径和该第二信号路径接收到的这些校准脉冲之间的时间性差异；以及将该延迟差值确定为该时间性差异的一半。该校准脉冲发生器可以被配置成用于生成经调制的延迟信号，其中，该经调制的延迟信号具有大于该读出电路系统的量化步长的动态范围。该读出电路系统可以被配置成为用于通过应用该延迟差值来补偿该参考信号路径与该返回信号路径之间的任何差异。该读出电路系统可以被配置成用于通过将该返回阵列的该输出延迟该延迟差值来补偿该参考信号路径和该返回信号路径之间的任何差异。该单光子雪崩二极管参考阵列、该单光子雪崩二极管返回阵列以及该读出电路系统的该配置可以为使得参考信号路径路由区域与返回信号路径路由区域的组合得以优化。该单光子雪崩二极管参考阵列、该单光子雪崩二极管返回阵列以及该读出电路系统的该配置可以为使得该装置的面积利用率得以优化。该照明源可以包括以下各项中的一项：垂直腔面发射激光器；以及发光二极管。根据第二方面，提供了一种用于操作基于单光子雪崩二极管的范围检测装置的方法，该方法包括：提供单光子雪崩二极管参考阵列，该单光子雪崩二极管参考阵列被配置成用于经由内部耦合路径接收来自照明源的光；提供单光子雪崩二极管返回阵列，该单光子雪崩二极管返回阵列被配置成用于经由外部自由空间路径接收来自该照明源的光；提供校准脉冲发生器，该校准脉冲发生器被配置成用于生成校准信号脉冲；以及在读出电路系统处接收该参考阵列经由参考信号路径的输出；在该读出电路系统处接收该返回阵列经由返回信号路径的输出；以及在该读出电路系统处接收该校准脉冲发生器经由校准信号路径的输出，该校准信号路径包括基本上遵循该参考信号路径的第一信号路径；在该读出电路系统处，基于该校准脉冲发生器经由该校准信号路径的该输出，确定该参考信号路径与该返回信号路径之间的延迟差值。该方法可以进一步包括：提供被安排成经由该参考阵列从该校准脉冲发生器到该读出电路系统的该第一信号路径；以及提供耦合到该读出电路系统的该校准信号路径的第二信号路径，其中，确定该延迟差可以进一步包括：经由该第一信号路径接收该校准信号脉冲；经由该第二信号路径接收该校准信号脉冲；确定经由该第一信号路径和该第二信号路径接收到的这些校准脉冲之间的时间性差异；以及将该延迟差值确定为该时间性差异的一半。该方法可以进一步包括生成经调制的延迟信号，其中，该经调制的延迟信号具有大于该读出电路系统的量化步长的动态范围。该方法可以进一步包括应用该延迟差值以补偿该参考信号路径与该返回信号路径之间的任何差异。应用该延迟差值以补偿该参考信号路径与该返回信号路径之间的任何差异可以包括将该返回阵列的该输出延迟该延迟差值。该方法可以进一步包括优化该单光子雪崩二极管参考阵列、该单光子雪崩二极管返回阵列以及该读出电路系统的配置，从而使得参考信号路径路由区域与返回信号路径路由区域的组合得以优化。该方法可以进一步包括优化该单光子雪崩二极管参考阵列、该单光子雪崩二极管返回阵列以及该读出电路系统的该配置，从而使得该装置的面积利用率得以优化。附图说明现在将仅通过示例并参照附图描述一些实施例，在附图中：图1A和1B示出了已知示例性SPAD传感器安排的示意图；图2示出了根据一些实施例的示例性SPAD传感器安排的示意图；图3示出了根据一些实施例的具有附加延迟校准操作的返回阵列和参考阵列的并行操作的流程图；图4示出了根据一些实施例的第一校准脉冲发生器电路的示意图；图5示出了根据一些实施例的第一校准脉冲发生器电路的示意图；以及图6示出了根据一些实施例的校准操作的串行操作的流程图。具体实施方式本文所采用的概念是实现和校准具有来自返回阵列和参考阵列的不对称信号路径的SPADToF传感器。这通过如下文更详细描述的最小化返回阵列与读出电路系统之间的路径距离并且提供与参考阵列信号路径匹配的或是参考阵列信号路径的倍数的信号路径来实现，从而使得返回阵列信号路径与参考阵列信号路径之间的差异可以被确定并且使能对将应用于返回信号路径的差进行校准，以使得差异的影响最小化。单光子雪崩二极管(SPAD)传感器模块的物理布局是有待解决的复杂问题。图1A示出了已知示例性SPAD传感器100安排的概览。SPAD传感器100包括单光子雪崩二极管参考阵列103，该参考阵列通常位于传感器的第一侧或边缘(并且通常位于图1A中未示出的垂直腔面发射激光器(VCSEL)附近)。尽管在以下示例中，VCSEL被示出为用于传感器的照明源，但是可以实现任何其它合适的照明源(例如，LED)。参考阵列配置有VCSEL与阵列之间的内部光路并且进一步被遮蔽，从而使得传感器外部的光子被阻挡。参考阵列因此可以用于使得能够消除系统中的延迟(数字-＞VCSEL驱动器-＞光输出-＞SPAD输出-＞OR树输出)。SPAD传感器100还可以包括SPAD返回阵列101，并且通常位于传感器的与参考阵列103相对的一侧。返回阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，所述装置包括：单光子雪崩二极管参考阵列，所述单光子雪崩二极管参考阵列被配置成用于经由内部耦合路径接收来自照明源的光；单光子雪崩二极管返回阵列，所述单光子雪崩二极管返回阵列被配置成用于经由外部自由空间路径接收来自所述照明源的光；校准脉冲发生器，所述校准脉冲发生器被配置成用于生成校准信号脉冲；以及读出电路系统，所述读出电路系统被配置成用于接收：所述参考阵列经由参考信号路径的输出；所述返回阵列经由返回信号路径的输出；以及所述校准脉冲发生器经由校准信号路径的输出，所述校准信号路径包括基本上遵循所述参考信号路径的第一信号路径，其中，所述读出电路系统被配置成用于基于所述校准脉冲发生器经由所述校准信号路径的所述输出来确定所述参考信号路径与所述返回信号路径之间的延迟差值。

【技术特征摘要】
2016.10.12 EP 16193532.51.一种基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，所述装置包括：单光子雪崩二极管参考阵列，所述单光子雪崩二极管参考阵列被配置成用于经由内部耦合路径接收来自照明源的光；单光子雪崩二极管返回阵列，所述单光子雪崩二极管返回阵列被配置成用于经由外部自由空间路径接收来自所述照明源的光；校准脉冲发生器，所述校准脉冲发生器被配置成用于生成校准信号脉冲；以及读出电路系统，所述读出电路系统被配置成用于接收：所述参考阵列经由参考信号路径的输出；所述返回阵列经由返回信号路径的输出；以及所述校准脉冲发生器经由校准信号路径的输出，所述校准信号路径包括基本上遵循所述参考信号路径的第一信号路径，其中，所述读出电路系统被配置成用于基于所述校准脉冲发生器经由所述校准信号路径的所述输出来确定所述参考信号路径与所述返回信号路径之间的延迟差值。2.如权利要求1所述的基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，其中，所述第一信号路径被安排成经由所述参考阵列从所述校准脉冲发生器到所述读出电路系统，所述校准信号路径进一步包括耦合到所述读出电路系统的第二信号路径，并且被配置成用于确定所述延迟差的所述读出电路系统进一步被配置成用于：经由所述第一信号路径接收所述校准信号脉冲；经由所述第二信号路径接收所述校准信号脉冲；确定经由所述第一信号路径和所述第二信号路径接收到的所述校准脉冲之间的时间性差异；以及将所述延迟差值确定为所述时间性差异的一半。3.如以上权利要求中任一项所述的基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，其中，所述校准脉冲发生器被配置成用于生成经调制的延迟信号，其中，所述经调制的延迟信号具有大于所述读出电路系统的量化步长的动态范围。4.如以上权利要求中任一项所述的基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，其中，所述读出电路系统被配置成用于通过应用所述延迟差值来补偿所述参考信号路径与所述返回信号路径之间的任何差异。5.如权利要求4所述的基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，其中，所述读出电路系统被配置成用于通过将所述返回阵列的所述输出延迟所述延迟差值来补偿所述参考信号路径和所述返回信号路径之间的任何差异。6.如以上权利要求中任一项所述的基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，其中，所述单光子雪崩二极管参考阵列、所述单光子雪崩二极管返回阵列以及所述读出电路系统的所述配置为使得参考信号路径路由区域与返回信号路径路由区域的组合得以优化。7.如以上权利要求中任一项所述的基于单光子雪崩二极管的范围检测装置，其中，所述单光子雪崩二极管参考阵列、所述单光子雪崩二极管返回...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·莫雷，庄彩新，
申请(专利权)人：意法半导体RD有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB