一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统的制作方法

技术特征：
1.一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统，其特征是：由激光器(1)、外部输入参考时钟信号(2)、外部输入单元控制信号(3)、片上时钟输出模块(4)、像素单元阵列(5)、共享单元控制模块(6)和读出电路(7)组成，其中像素单元阵列(5)由多个像素单元(51)组成，每个像素单元(51)的内部结构与连接方式均相同，每个像素单元(51)由单光子探测器(52)、淬灭电路(qc)(53)和时间数字转换电路(tdc)(54)组成；系统工作时，外部输入单元控制信号(3)串行输入数字信号至像素单元阵列(5)中共享单元控制模块(6)的cnt输入端，根据所输入的数字信号设置多个像素单元(51)进行不同数量的共享；外部输入参考时钟信号(2)输入参考时钟信号至片上时钟输出模块(4)，片上时钟输出模块(4)输出稳定的时钟信号至共享单元控制模块(6)的clk输入端，同时输出多个稳定的多相时钟信号至多个像素单元(51)中tdc的多个c输入端；当激光器(1)发射光脉冲信号时，同时输出电脉冲信号至多个像素单元(51)中tdc(54)的start输入端，脉冲信号的上升沿触发多个像素单元(51)开始按所设置的共享数量进行工作，当像素单元阵列(5)中任一共享的像素单元接收到光子时，共享的像素单元将测量出光子的飞行时间(tof量化值)并以数字信号的形式依次输出至读出电路(7)，读出电路(7)将输入的数字信号串行输出至片外，当像素单元阵列(5)中所有共享的像素单元完成数据读出时，系统完成一帧的测量。2.根据权利要求1所述的一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统，其特征是：所述像素单元(51)中单光子探测器(52)的功能是探测光子并在探测到光子时输出模拟信号至qc(54)；qc(54)的功能是接收单光子探测器的模拟信号并输出脉冲信号至共享单元控制模块(6)；tdc(57)由高段tdc与低段tdc组成，其功能是测量出tof量化值并转换为数字信号的形式，高段tdc为计数器与多个寄存器，对count输入端的时钟信号计数并寄存高段tdc的计数结果，低段tdc为寄存器阵列，寄存多个c输入端的多相时钟信号，同时tdc(57)输出计数器高位信号至共享单元控制模块(6)。3.根据权利要求1所述的一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统，其特征是：所述共享单元控制模块(6)的功能是通过不同的输入端口接收所有像素单元(51)中qc输出的脉冲信号，同时通过不同的输入端口接收所有像素单元(51)中tdc输出的计数器高位信号；在共享的像素单元中以一个像素单元为主像素单元，其余像素单元为第二像素单元，第三像素单元，
…
，第n
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1像素单元，n的数量为共享的像素单元数量，根据所设置的共享单元数量，共享单元控制模块(6)通过多路选择器与数字逻辑门将接收的脉冲信号输出至所有共享的像素单元中tdc的stop输入端，将clk输入端的时钟信号输出至主像素单元中tdc的count输入端，并将主像素单元中tdc的计数器高位信号输出至第二像素单元中tdc的count输入端，第二像素单元中tdc的计数器高位信号输出至第三像素单元中tdc的count输入端,
…
,第n
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2像素单元中tdc的计数器高位信号输出至第n
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1像素单元中tdc的count输入端；当激光器(1)输出电脉冲信号至多个像素单元(51)中tdc(54)的start输入端，电脉冲信号的上升沿触发n个共享的像素单元的tdc开始工作，当n个共享的像素单元中任一像素单元的单光子探测器探测到光子时输出模拟信号至qc，qc接收到相应的模拟信号后输出脉冲信号至共享单元控制模块(6)，共享单元控制模块(6)将接收到的脉冲信号输出至n个共享的像素单元中tdc的stop输入端，脉冲信号的上升沿触发n个共享的像素单元共同输出一个宽动态范围的tof量化值。4.根据权利要求1所述的一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统，其特征是：所
述片上时钟输出模块(4)是延时锁相环(dll)或锁相环(pll)的任何一种，其功能是用于提供稳定的低频时钟信号和多相时钟信号，同时多相时钟信号具有分相均匀的特性，其中低频时钟信号输出至共享单元控制模块(6)，多相时钟信号输出至所有像素单元(51)中tdc(54)的c输入端。5.根据权利要求1所述的一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统，其特征是：所述像素单元(51)的单光子探测器(52)是基于硅(silicon)、锗(germanium)、铟镓砷(ingaas)或者铟镓砷/磷化铟(ingaas/inp)的半导体单光子雪崩二极管，以及基于超导纳米线的单光子探测器的任何一种。6.根据权利要求1所述的一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统，其特征是：所述tdc(54)中高段tdc的计数功能通过计数器实现，该计数器可以是同步加法器或异步加法器的任何一种，其功能是对count1输入端时钟信号的上升沿计数；tdc(54)中高段tdc和低段tdc的寄存功能通过具有存储记忆功能的数字逻辑电路实现，这些数字逻辑电路可以是rs寄存器，d寄存器，rs触发器和d触发器等的任何一种。

技术总结
本发明提供的是一种单元共享式的动态范围可调激光成像系统，激光器(1)、外部输入参考时钟信号(2)、外部输入单元控制信号(3)、片上时钟输出模块(4)、像素单元阵列(5)、共享单元控制模块(6)和读出电路(7)组成，实现了激光成像系统动态范围可调的功能，该系统可广泛应用于增强现实和虚拟现实、汽车、飞行训练以及医学成像等领域。学成像等领域。学成像等领域。


技术研发人员：陈梓东 苑立波
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2021.09.27
技术公布日：2022/1/3