描述了一种图像传感器。图像传感器包括具有包括可见光光电二极管和红外光电二极管的单元信元的像素阵列。可见光光电二极管和红外光电二极管连接到像素阵列的特定列。单元信元具有连接到可见光光电二极管的第一电容器，以存储来自每个可见光光电二极管的电荷。单元信元具有读出电路以在特定列上提供第一电容器的电压。单元信元具有第二电容器，其通过传输门晶体管连接到红外光电二极管，以在飞行时间曝光期间从红外光电二极管接收电荷。单元信元具有连接到红外光电二极管的背漏晶体管。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及成像技术，且更具体地，涉及用于第一和第二Z传输门。
技术介绍
图1示出了图像传感器100的基本元件。如图1所示，图像传感器包括具有组成像素信元(cell)102的像素阵列101。行解码器103具有联接到像素信元102的行的输出，其联接到像素阵列101。感测放大器104也联接到像素阵列101的列的输出。图像传感器100还包括联接在感测放大器104下游的模数电路105。图像传感器100还包括定时和控制电路106，其负责产生指示图像传感器100的操作的时钟和控制信号。
技术实现思路
描述了一种图像传感器。图像传感器包括具有包括可见光光电二极管和红外光电二极管的单元信元的像素阵列。可见光光电二极管和红外光电二极管联接到像素阵列的特定列。单元信元具有联接到可见光光电二极管的第一电容器，以存储来自每个可见光光电二极管的电荷。单元信元具有读出电路以在特定列上提供第一电容器的电压。单元信元具有第二电容器，其通过传输门晶体管联接到红外光电二极管，以在飞行时间曝光期间从红外光电二极管接收电荷。单元信元具有联接到红外光电二极管的背漏晶体管。描述了一种设备，其具有第一装置，用于将第一电荷从已经接收到第一类型可见光的第一光电二极管传输到存储电容器中，并且在像素阵列的列处读出所述存储电容器的第一电压的。该装置还具有第二装置，用于将第二电荷从已经接收到第二类型可见光的第二光电二极管传输到所述存储电容器中，并且在所述像素阵列的列处读出存储电容器的第二电压。该装置还具有第三装置，用于将第三电荷从已经接收到第三类型可见光的第三光电二极管传输到所述存储电容器中，并且在所述像素阵列的列处读出存储电容器的第三电压。该装置还具有第四装置，用于将第四电荷从已经在飞行时间曝光期间接收到红外光的第四光电二极管传输到第二存储电容器中，并且在所述像素阵列的列处读出所述第二存储电容器的第四电压。附图说明以下描述和附图用于说明本专利技术的实施例。在附图中：图1示出了图像传感器(现有技术)的图示。图2示出可见光像素信元的图示；图3示出Z像素信元的图示；图4示出具有RGBZ像素的像素阵列的图示；图5示出了第一RGBZ像素信元设计的第一维恩图；图6示出符合图5的维恩图的RGBZ像素单元信元的实施例。图7a和7b示出了图6的RGBZ像素单元信元的布局实施例。图8示出了用于第二RGBZ像素单元信元设计的第二维恩图；图9示出了符合图8的维恩图的RGBZ像素单元信元的第一实施例。图10a和10b示出了图9的RGBZ像素单元信元的布局实施例。图11示出符合图8的维恩图的RGBZ像素单元信元的第二实施例。图12a和12b示出了图11的RGBZ像素单元信元的布局实施例。图13示出符合图8的维恩图的RGBZ像素单元信元的第三实施例。图14a和14b示出了图13的RGBZ像素单元信元的布局实施例。图15示出了由RGBZ像素单元信元执行的方法；图16a至16g示出了RGBZ像素信元的制造方法；图17示出相机系统的实施例；图18示出了计算机系统的实施例。具体实施方式图2示出了用于可见光像素的电路设计202。如图2所示，首先，通过导通复位晶体管Q1而清除电容器201的负电荷(其使得电容器的电压达到电源电压V_pixel)。在电容器的负电荷被清除且传输门晶体管Q2关断时，曝光时间(exposuretime)开始，其中根据在曝光时间中接收的光强度和曝光时间的长度，光敏光电二极管203产生和收集负电荷(电子)。在曝光时间之后，传输门晶体管Q2导通，其将收集在光电二极管203中的负电荷传输到电容器201。将负电荷传输到电容器201影响电容器的电压(电容器201接收的负电荷越多，则其电压越低)。在光电二极管的负电荷已经传输到电容器201之后，启用行选择(rowselect)控制信号，其导通行选择晶体管Q3，其允许联接到像素信元的列输出部下游的感测放大器感测电容器电压。电容器的电压读数随后被数字化且用作对通过光电二极管203接收的光强度的表示。过程随后重复。通常，行选择信号导通像素阵列中沿同一行的每个像素信元的行选择晶体管Q3。行选择信号“滚动(scroll)”过阵列的各行，以接收整个阵列的图像。在“全局快门(globalshutter)”模式的情况下，在阵列中的所有像素信元上曝光时间是同时的(且图像不应该具有任何与人为影像(artifact)相关的运动)。在“卷帘快门(rollingshutter)”模式的情况下，像素信元的曝光时间是分阶段的，例如以逐行的方式(其可允许运动人为影像的存在)。存储电容器201的存在允许曝光定时与行选择激活和存储电容器201读出的定时解除联接。换句话说，在曝光且电荷传输到存储电容器201中之后，存储电容器的电压可在被读出之前保持一定时间段。结果，支持每次存储电容器读出多个曝光时间的图像传感器架构是可存在的。即，仅作为一个例子，图像传感器可以构造为，对于根据行选择激活的存储电容器201的每次读出，存在与电荷向存储电容器201的三次相应传输相对应的三次曝光。图3显示了用于图像传感器的“Z”像素302的电路设计，所述图像传感器使用“飞行时间(time-of-flight)”技术捕获深度信息。在飞行时间图像捕获的情况下，通常，光源将红外(IR)光从相机系统发射到物体上，且针对像素阵列的多个像素信元每一个测量光发射和在像素阵列上接收到其反射图像之间的时间。通过飞行时间像素产生的图像对应于物体的三维轮廓，特征在于不同像素位置中的每一个(x，y)处的独特深度测量(z)。如图3所示，Z像素设计302包括与针对可见光像素信元202如上所述地类似地操作的存储电容器301、复位晶体管Q1、传输门晶体管Q2、光电二极管303和行选择晶体管Q3。传输门晶体管Q2在曝光时间期间在曝光过程中按照时钟信号导通和关断。在Z像素301的曝光时间期间按照时钟信号控制传输门晶体管Q2是飞行时间技术的人为影像。在通常方法中，同一Z像素302在四次不同的复位、曝光时间和读出顺序中设置有四个不同时钟(其每一个的相位按90°分开)。随后，四次不同的电荷收集读出被组合，以计算针对该像素的飞行时间深度值。在曝光时间本身期间，如上所述，传输门晶体管Q2在时钟信号的控制下导通和关断。如此，在曝光顺序期间电荷从光电二极管303多次传输到存储电容器301。在传输门晶体管Q2关断时的半个时钟循环期间，“背漏(back-drain)”晶体管Q4导通，以使得电荷从光电二极管304流动到V_pixel电源节点。控制背漏晶体管Q4的时钟与控制传输门晶体管Q2的时钟成180°的异相位，使得一个导通时，另一个关断。如此，在曝光时间过程中，流动出光电二极管的电荷在流动通过传输门晶体管Q2和流动通过背漏晶体管Q4之间来回改变方向。但是，应注意，在Z像素信元曝光时间的期间，导通和关断传输门晶体管Q2在功能上类似于如上所述的具体可见像素信元实施例，其中，对于每次行选择读出，存在多次曝光和向存储电容器201的相应电荷传输。图4显示了具有像素信元402的像素阵列401的实施例，其包括可见光像素R、G和B和Z像素。虽然具体实施例显示了红色(R)、蓝色(B)和绿色(G)像素作为可见光像素，但是其他实施例可以使用不同颜色像素方案(例如蓝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种设备，包括：包括像素阵列的图像传感器，所述像素阵列具有包括可见光光电二极管和红外光电二极管的单元信元，所述可见光光电二极管和红外光电二极管联接到所述像素阵列的特定列，所述单元信元具有联接到所述可见光光电二极管的第一电容器，以存储来自每个所述可见光光电二极管的电荷，所述单元信元具有读出电路，以在所述特定列上提供所述第一电容器的电压，所述单元信元具有通过传输门晶体管联接到所述红外光电二极管的第二电容器，以在飞行时间曝光期间从所述红外光电二极管接收电荷，所述单元信元包括联接到所述红外光电二极管的背漏晶体管。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 US 14/579,9881.一种设备，包括：包括像素阵列的图像传感器，所述像素阵列具有包括可见光光电二极管和红外光电二极管的单元信元，所述可见光光电二极管和红外光电二极管联接到所述像素阵列的特定列，所述单元信元具有联接到所述可见光光电二极管的第一电容器，以存储来自每个所述可见光光电二极管的电荷，所述单元信元具有读出电路，以在所述特定列上提供所述第一电容器的电压，所述单元信元具有通过传输门晶体管联接到所述红外光电二极管的第二电容器，以在飞行时间曝光期间从所述红外光电二极管接收电荷，所述单元信元包括联接到所述红外光电二极管的背漏晶体管。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二电容器联接到所述读出电路，所述读出电路还在所述特定列上提供所述第二电容器的电压。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述单元信元包括复位晶体管，其联接到所述第一和第二电容器，以从所述第一电容器和所述第二电容器清除相应的电荷。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述可见光光电二极管联接到相应的传输门晶体管和相应的背漏晶体管。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述单元信元包括复位晶体管，所述复位晶体管联接到所述第一和第二电容器，以从所述第一电容器和所述第二电容器清除相应的电荷。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述可见光光电二极管联接到相应的传输门晶体管和相应的背漏晶体管。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二电容器大于所述第一电容器。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单元信元还包括联接到所述第二电容器的第二读出电路，所述第二读出电路在所述特定列上提供所述第二电容器的电压。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述背漏晶体管联接到所述第一电容器。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电容器通过一晶体管联接到所述第二电容器。11.一种方法，包括：将第一电荷从已经接收到第一类型可见光的第一光电二极管传输到存储电容器中，并且在像素阵列的列处读出所述存储电容器的第一电压；将第二电荷从已经接收到第二类型可见光的第二光电二极管传输到所述存储电容器中，并且在所述像素阵列的列处读出存储电容器的第二电压；将第三电荷从已经接收到第三类型可见光的第三光电二极管传输到所述存储电容器中，并且在所述像素阵列的列处读出存储电容器的第三电压；和，将第四电荷从已经在飞行时间曝光期间接收到红外光的第四光电二极管传输到第二存储电容器中，并且在所述像素阵列的列处读出所述第二存储电容器的第四电压。12.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述第四光电二极管的曝光时间期间传输所述第四电荷，以及在所述曝光时...
【专利技术属性】
技术研发人员：温宗晋，B福勒，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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