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3D测量仪器分辨成像传感技术-光学精密测量




来源:yiyi
时间:2017-6-24 19:18:03

3D测量仪器分辨成像传感技术-光学精密测量

   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。

(本文由上海光学仪器厂编辑整理提供, 未经允许禁止复制)

  
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