3D測量儀器分辨成像傳感技術-光學精密測量
時間分辨成像傳感技術
盡管高級3D測量儀器市場已有許多基于激光掃描的TOF系統，
但是近10年來，人們對非掃描、全固態TOF相機的興趣與日俱增。
于是，用于這類系統的全定制探測器逐漸得到發展。主要劃分為如
下3類：
(1)像素內置光混頻器件。這種方法采用光解調器通過光激發
產生電荷，然后混頻進入到兩個或多個集電極，這樣可以獲得固有
的光混頻效應。
(2)耦合到專用處理電路的標準光電二極管。這種方法采用廣
泛使用的開關電容電子器件(在像素內部或在外圍電路實現)，從光
電二極管的光激發電流獲取距離信息。
(3)耦合到合適處理電路的單光子雪崩光電二極管(SPAD)。不
同于(2)的是，這種方法采用蓋革工作模式的雪崩光電二極管獲得
單光子靈敏度，使用這種器件收集反射光信號，并耦合到讀取和處
理電路以便提取飛行時間信息。
較成熟的解決方案是屬于(1)類方式的傳感器，而且目前市場
上大部分3D相機實際上都采用基于這種概念的方式。這種方法的主
要優勢在于讀取通道簡單，同時能夠獲得較小的像素尺寸；較大的
問題是對周圍環境光比較敏感，并且采用非標準技術成本較高(如C
CD／CMOS、定制的CMOS、高阻抗襯底等)，然而通常情況下這是必
需的要求。
為了處理和積累光激發電荷，需要在像素單元使用復雜的處理
電路，由此(2)類傳感器的特點是像素間距大和功耗相對高。而且
，這種方法的精度通常低于(1)和(2)類方式，原因是在信號路徑中
引入的大量晶體管所產生的噪聲影響。另一方面，點對點的處理結
構能夠在像素單元或在按列劃分的單元上實現，并且能夠有效消除
大部分共模信號，這樣就可以實現背景自恢復的傳感器，應用于像
汽車和安保等戶外工作方面。
較后，自20世紀80年代以來，基于(3)類傳感器已經廣泛用于
高性能單點掃描系統中，采用專用技術制造的雪崩光電二極管(APD
)，需要耦合到分立元件組成的讀取和處理電路或測量儀器。然而
直到較近，采用CM0s技術實現高性能APD／sPAD成為可能后，才為
基于這種方式的測距成像傳感器的實現鋪平了道路。
