光电探测装置、包括其的激光雷达及使用其的探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光电探测装置，包括多个像素，其中至少一个像素包括：多个探测器，配置成可接收入射的光信号并转换为电信号，所述多个探测器的光子探测效率不完全相同；和处理单元，与所述探测器耦接以接收所述电信号，配置成可对所述电信号进行信号处理并输出。通过本发明专利技术的实施例，提高了激光雷达接收端的动态范围，提高了激光雷达的性能。提高了激光雷达的性能。提高了激光雷达的性能。

【技术实现步骤摘要】
光电探测装置、包括其的激光雷达及使用其的探测方法


[0001]本专利技术大致涉及光电
，尤其涉及一种光电探测装置、包括该光电探测装置的激光雷达及使用该光电探测装置的探测方法。

技术介绍

[0002]单光子探测技术具有超高灵敏度、超快响应速度等优点，能够检测到光的最小能量粒子，是目前一种较为重要的探测方法。单个光子的能量极小，要想检测到单光子，就必须采用特殊的光电器件。单光子雪崩二极管，是特指工作电压高于击穿电压的雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode,APD)，也称为盖革模式SPAD。SPAD以其高雪崩增益、快响应速度、低功耗等优点成为单光子探测的最佳器件选择。
[0003]激光雷达可利用SPADs阵列作为接收端。SPAD的工作原理在于SPAD基于碰撞电离和雪崩倍增的物理机制对光电流进行放大，从而提高检测的灵敏度。现有的SPADs阵列，采用减小单个SPAD光敏面面积、增加SPAD单元个数的方法来提高探测精度，每个SPAD单元与一个读出电路连接，采用时间数字转换器(TDC)获取电信号。采用这样的工艺，在一个大小固定的面积里平均分配每个SPAD单元的面积，然后每个SPAD单独做TDC信号读出和数据处理是效果最好的，但这样后端的TDC和数据处理就非常耗费资源。
[0004]常用的节省资源的方法是将多个SPAD连接至同一个读出电路，构成一个像素，将一个像素内多个SPAD叠加的信号进行读出和数据处理，从而减少TDC个数，降低数据处理量。现有的SPADs阵列上所有的SPAD的光子探测效率(PDE)都是一致的，而SPAD灵敏度高，非常容易饱和，若PDE设置的较大，在环境光较强时信噪比低；若PDE设置的较小，则不利于激光雷达的远距离探测。以一个像素中有四个SPAD为例，若PDE＝5％，则认为20个光子可以造成一个SPAD雪崩并输出一个计数，这种情况下80个光子就能使整个像素饱和，光子数再多(光强高)像素也无法区分。
[0005]
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术通过改变光敏面面积大小或者加载的偏压使不同SPADs的动态响应不一致，解决了SPADs阵列作为激光雷达接收端动态响应范围小的问题。
[0007]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术提出一种光电探测装置，包括多个像素，其中至少一个像素包括：
[0008]多个探测器，配置成可接收入射的光信号并转换为电信号，所述多个探测器的光子探测效率不完全相同；和
[0009]处理单元，与所述探测器耦接以接收所述电信号，配置成可对所述电信号进行信号处理并输出。
[0010]根据本专利技术的一个方面，其中所述探测器为单光子雪崩光电二极管。
[0011]根据本专利技术的一个方面，其中所述多个探测器的光敏面面积大小不完全相同。
[0012]根据本专利技术的一个方面，其中所述多个探测器上加载的偏压不完全相同。
[0013]根据本专利技术的一个方面，其中所述至少一个像素还包括与所述多个探测器相对应的多个偏压施加单元，所述多个偏压施加单元与相对应的探测器耦接，并用于在其上施加不完全相同的偏压。
[0014]根据本专利技术的一个方面，其中所述多个像素中的每一个像素均包括：
[0015]多个探测器，配置成可接收入射的光信号并转换为电信号，所述多个探测器的光子探测效率不完全相同；
[0016]处理单元，与所述探测器耦接以接收所述电信号，配置成可对所述电信号进行信号处理并输出。
[0017]根据本专利技术的一个方面，其中所述多个像素的动态响应范围相同。
[0018]本专利技术还涉及一种激光雷达，包括：
[0019]发射单元，配置成发射探测激光束用于探测目标物；
[0020]如上任一项所述的光电探测装置，所述光电探测装置配置成可接收所述探测激光束在目标物上反射后的回波。
[0021]本专利技术还涉及一种使用如上任一项所述的光电探测装置进行探测的方法，包括：
[0022]发射探测激光束；
[0023]通过所述光电探测装置的多个探测器接收所述探测激光束在目标物上反射后的回波，并将其转换为电信号；
[0024]通过所述处理单元对所述电信号进行信号处理并输出。
[0025]本专利技术的实施例在一个像素中设置多个SPAD单元，通过改变光敏面面积大小或者加载的偏压使不同SPAD单元的光子探测效率不同，提高了单个像素和SPADs阵列的动态响应范围，减少处理单元的数量，进而降低了数据处理所占用的资源和功耗，提高了激光雷达的性能。
附图说明
[0026]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0027]图1示出了根据本专利技术一个实施例的光电探测装置的框图；
[0028]图2示出了根据本专利技术一个实施例的多个探测器的示意图；
[0029]图3A示出了根据本专利技术的一个实施例的一个探测器上加载偏压的电路图；
[0030]图3B示出了根据本专利技术一个实施例的多个探测器上加载偏压的示意图；
[0031]图4示出了根据本专利技术一个实施例的激光雷达的框图；和
[0032]图5示出了根据本专利技术一个实施例的光电探测装置的探测方法的流程图。
具体实施方式
[0033]在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
[0034]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0035]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0036]在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电探测装置，包括多个像素，其中至少一个像素包括：多个探测器，配置成可接收入射的光信号并转换为电信号，所述多个探测器的光子探测效率不完全相同；和处理单元，与所述探测器耦接以接收所述电信号，配置成可对所述电信号进行信号处理并输出。2.如权利要求1所述的光电探测装置，其中所述探测器为单光子雪崩光电二极管。3.如权利要求2所述的光电探测装置，其中所述多个探测器的光敏面面积大小不完全相同。4.如权利要求2或3所述的光电探测装置，其中所述多个探测器上加载的偏压不完全相同。5.如权利要求4所述的光电探测装置，其中所述至少一个像素还包括与所述多个探测器相对应的多个偏压施加单元，所述多个偏压施加单元与相对应的探测器耦接，并用于在其上施加不完全相同的偏压。6.如权利要求1所述的光电探测装置，其中所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：许森，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：