[发明专利]一种单光子雪崩二极管型像素电路

说明书

本发明提供一种单光子雪崩二极管型像素电路，包括：多个子像素阵列，各子像素阵列接收相同的控制信号，实现同步工作；其中，所述子像素阵列包括多个单光子雪崩二极管型像素单元及时间数字转换器，同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入行控制信号、输出行控制信号，同一列单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入列控制信号、输出列控制信号及输出选通信号，各单光子雪崩二极管型像素单元的输出端连接同一时间数字转换器。本发明的单光子雪崩二极管型像素电路将像素阵列划分为多个子像素阵列，各像素阵列中的像素单元共用一个时间数字转换器，可大大增加感光面积占空比，减小像素尺寸，提高图像传感器的分辨率。

技术领域

本发明涉及3D图像传感器领域，特别是涉及一种单光子雪崩二极管型像素电路。

背景技术

近年来，随着机器视觉、虚拟现实、安全驾驶等领域对空间三维信息的需求，三维信息采集技术已成为当前的一大热门。基于单光子雪崩二极管(Single Photon AvalancheDiode， SPAD)的渡越时间(Time of Flight，TOF)技术测量三维信息具有测量直接、结构简单、实现方便等优点。因而，对单光子雪崩二极管型像素的研究工作具有重要意义。

2014年，西班牙的Vornicu等人提出了一种基于单光子雪崩二极管的3D图像传感器。如图1所示，所述3D图像传感器包括64*64的像素阵列，锁相环、接口及电源模块、行译码器、控制信号模块、启动信号模块及数据串行模块。如图2所示，各像素结构包括探测器1、时间数字转换器2(Time to Digital Converter，TDC)和存储器3三个部分；其中，所述探测器1由单光子雪崩二极管感光单元和主动式淬火复位电路组成；所述时间数字转换器2由环形振荡器、纹波计数器、编码器组成。由图1的像素结构示意图可以看出，所述时间数字转换器2部分的面积远大于所述探测器1部分的面积，这就会造成单光子雪崩二极管感光区域面积占整个像素面积的比例非常小，即占空比很小；同时，由于所述时间数字转换器2在像素里，像素的面积就会很大，整个3D图像传感器阵列的分辨率就会很小，而消耗的面积会很大；此外，利用环形振荡器结构的时间数字转换器在时间分辨率上不会很高。

因此，如何提高单光子雪崩二极管感光区域的占空比，减小像素尺寸，提高3D图像传感器的分辨率已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单光子雪崩二极管的淬火复位电路，用于解决现有技术中单光子雪崩二极管的淬火复位电路的节点产生振荡，进而引起错误状态，影响实际使用中的操作性等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单光子雪崩二极管型像素电路，所述单光子雪崩二极管型像素电路至少包括：

多个子像素阵列，各子像素阵列接收相同的控制信号，实现同步工作；

其中，所述子像素阵列包括多个单光子雪崩二极管型像素单元及时间数字转换器，同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入行控制信号、输出行控制信号，同一列单光子雪崩二极管型像素单元连接同一输入列控制信号、输出列控制信号及输出选通信号，各单光子雪崩二极管型像素单元的输出端连接同一时间数字转换器。

优选地，所述子像素阵列包括4列单光子雪崩二极管型像素单元。

优选地，所述子像素阵列中同一行单光子雪崩二极管型像素单元连接同一复位信号。

优选地，所述单光子雪崩二极管型像素单元包括单光子雪崩二极管、复位模块、输入选通模块、淬火模块及输出选通模块；

所述单光子雪崩二极管的阴极连接设定电位，所述设定电位小于电源电压与所述单光子雪崩二极管的临界雪崩电压之和；

所述复位模块连接于所述单光子雪崩二极管的阳极，通过外部复位信号将所述单光子雪崩二极管的阳极复位至高电平，以使所述单光子雪崩二极管处于稳定状态；