用于单次读出深度测量的具有交织保持的图像传感器制造技术

本公开的实施例涉及用于单次读出深度测量的具有交织保持的图像传感器。飞行时间(ToF)系统和技术，由此第一曝光使用第一参考信号获得像素阵列的像素的第一子集的像素测量。对于第二曝光，像素的第一子集(例如，像素阵列的每个第二行)被设置为“保持”状态，使得从第一测量获得的值被维持。对于像素的第二子集，执行使用第二参考信号的第二曝光。相对于对正在被测量的光信号进行信号调制，第一参考信号和第二参考信号的可能具有不同的相移。结果是像素阵列，其中第一子集和第二子集分别保持第一曝光和第二曝光的结果。然后，这些像素值可以被马上全部读出，并且随着像素值从像素阵列被读取，某些计算被直接执行。

Image sensor with interleaved hold for single readout depth measurement

【技术实现步骤摘要】
用于单次读出深度测量的具有交织保持的图像传感器
本公开涉及图像传感器。
技术介绍
在光学感测应用中，鉴于图像传感器，深度测量(即，对到一个或多个对象的各个特征相距的距离的测量)可以作为所谓的飞行时间(ToF)测量而被执行，其是使用光速和图像/像素传感器确定的距离测量。通常按像素计算到感兴趣对象的距离，一旦计算出，就可以被用于深度检测、手势标识、对象检测等。每像素的距离被组合以创建提供三维图像的深度图。ToF测量的传统途径需要多次连续曝光，也被称为复制。每次曝光都要求从光源生成的光在相应相位被幅度调制，该相位因曝光不同而不同。例如，一种途径需要四次单独曝光，诸如0°、90°、180°、以及270°。来自四次曝光的测量信息被收集并且比较，以确定深度图。对于具有扩展的明确范围的高精度测量，甚至可以执行更多次曝光，例如，多达九次单独原始测量。对于这些途径，大量信息需要被存储和处理，即，例如，如果九次单独曝光被执行，则通常通过与包含图像传感器的集成电路分开的应用处理器(AP)，每个像素的九次测量必须被存储和处理，其中所存储的多次曝光然后被用于生成深度图。虽然这种途径允许非常精确和详细的距离测量，但需要大量存储、处理能力和功率。在一些应用中，无需或并不总是需要高精度测量。因而，需要的是在复杂度和功耗降低的情况下使用光速来确定距离的技术。
技术实现思路
公开了满足这些需求的飞行时间(ToF)系统和技术，由此，第一曝光获得像素阵列的像素的至少第一子集的像素测量，例如，参考信号相对于对正在被测量的光信号进行信号调制的特定相移的像素测量。对于第二曝光，像素的第一子集(例如，像素阵列的每个第二行)被设置为“保持”状态，使得从第一测量获得的值被维持。针对像素的第二子集，例如，未被设置为保持状态的所有像素，第二曝光被执行，该第二曝光可以使用参考信号相对于经调制的光信号的不同相移。结果是像素阵列，其中第一子集和第二子集分别保持第一曝光和第二曝光的结果。然后，这些像素值可以被马上全部读出，其中随着像素值从像素阵列被读取，某些计算被直接执行。所公开的技术的实施例包括一种用于处理来自具有多个像素的图像传感器的像素信号值的示例方法，其中每个像素被配置为通过使用参考信号对接收到的光进行解调来生成相应的像素信号值。该示例方法包括：基于应用于像素的第一参考信号来控制多个像素的至少第一子集以生成相应的像素信号值，以进行第一曝光。然后，多个像素的第一子集被控制以保持其相应的像素信号值。在多个像素的第一子集正在保持其相应的像素信号值的同时，基于应用于像素的第二参考信号，多个像素的第二子集被控制以生成相应的像素信号值，以进行第二曝光。相对于对正在被测量的光信号的信号调制，第一参考信号和第二参考信号可能具有不同的相位。然后，多个像素的该第二子集被控制以保持其相应的像素信号值。该示例方法还包括：随后从多个像素的(至少)第一子集和第二子集中读出像素信号值，并且将读取的像素信号值转换为数字像素值。在一些实施例中，来自像素的第一子集的像素信号值可以与像素的第二子集中的对应像素的像素信号值组合以获得距离测量。一种根据一些实施例的示例图像处理系统，包括传感器，其包括多个像素，该多个像素被配置为响应于接收到的光而生成相应的多个像素信号值，其中每个像素被配置为通过使用参考信号解调接收到的光而获得其相应的像素信号值。例如，可以从目标场景反射该接收到的光。该示例图像处理系统还包括参考信号发生器，其被配置为：相对于被应用于朝向目标场景而被传输的光的调制信号的相位，而生成具有可选择相位的参考信号，并且将该参考信号提供给传感器中的多个像素。图像处理系统还进一步包括模数转换器(ADC)电路，其可以包括一个或多个ADC，其可操作地被耦合到传感器中的多个像素。示例图像处理系统还包括控制电路，其可以包括例如处理器、控制器等、和/或其他数字逻辑。在几个实施例中，控制电路被配置为使得图像处理系统执行如上文所概述的方法的方法。因此，例如，控制电路可以被配置为控制参考信号发生器以生成第一参考信号，并且基于第一参考信号来控制传感器中的多个像素的至少第一子集，以生成相应的像素信号值，以进行第一曝光。控制电路还可以被配置为在第一曝光之后，控制多个像素的第一子集以保持其相应的像素信号值，然后控制参考信号发生器生成第二参考信号，同时多个像素的第一子集保持其相应的像素信号值。相对于对由图像传感器测量的光信号进行的信号调制，第一参考信号和第二参考信号可能具有不同的相位。这些实施例中的控制电路还进一步被配置为在多个像素的第一子集继续保持其相应的像素信号值的同时，基于第二参考信号来控制多个像素的第二子集，以生成相应的像素信号值，以进行第二曝光，并且，然后在第二曝光之后，控制多个像素的第二子集以保持其相应的像素信号值。最终，控制电路61被配置为读出像素信号值，以通过ADC电路转换为相应数字像素值。附图说明图1是图示了根据本文中所描述的实施例中的一些实施例的用于飞行时间测量的系统的图。图2图示了示例光子混合设备(PMD)。图3是图示了根据飞行时间(ToF)技术的相位测量的原理的图。图4是图示了像素和读出电路的示例布置的示意图。图5是图示了根据一些实施例的用于处理来自图像传感器的像素信号值的方法的流程图。图6是图示了根据一些实施例的示例图像处理系统的部件的框图。具体实施方式现在，参考附图，对本专利技术进行描述，其中贯穿全文，相似的附图标记用于是指相似的元件，并且其中所图示的结构和设备不必按比例绘制。在本公开中，术语“图像”和“图像传感器”不限于牵涉到可见光的图像或传感器，而是涵盖了可见光和其他电磁辐射的使用。因此，本文中所使用的术语“光”被广义地意指并且是指可见光以及红外和紫外线辐射。图1图示了众所周知的连续波(CW)飞行时间(ToF)测量的基本原理。使用电信号(例如，射频正弦波(例如，300MHz))，诸如发光二极管(LED)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)之类的光源110被调制，使得光源110向目标场景120发射经幅度调制的光信号。相对于原始传输的光信号，以光速c行进的光信号从场景120中的一个或多个对象反射，并且返回到ToF传感器130中的像素阵列135，具有到目标场景120的飞行时间并且向在像素阵列135处接收的光信号施加相移被用于调制所发射的光或其相移版本的调制信号137还作为参考信号被供应给像素阵列135中的像素，以与叠加在反射的光信号上的调制信号相关，即，实际上，反射的光信号由像素阵列135中的每个像素解调。虽然光感测像素的结构和设计可以变化，但是在一些实例中，像素阵列135中的像素中的每个像素可以是光子混合设备或PMD。图2图示了示例PMD的基本结构，其包括读出二极管A和B以及调制栅极A和B。参考信号被差分地施加在调制栅极A和B两端，从而在p衬底两端产生电势梯度，同时射入光在光电栅极/二极管处被接收。在读出二极管A和B两端生成差分传感器信号。来自像素的传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理来自具有多个像素的图像传感器的像素信号值的方法，每个像素被配置为通过使用参考信号对接收到的光进行解调来生成相应的像素信号值，所述方法包括：/n基于应用于像素的第一子集的第一参考信号来控制至少所述多个像素的所述第一子集以生成相应的像素信号值，以进行第一曝光；/n在所述第一曝光之后，控制所述多个像素的所述第一子集以保持所述多个像素的所述第一子集的相应的像素信号值；/n在所述多个像素的所述第一子集保持所述多个像素的所述第一子集的相应的像素信号值的同时，基于应用于像素的第二子集的第二参考信号来控制所述多个像素的所述第二子集以生成相应的像素信号值，以进行第二曝光；/n在所述第二曝光之后，控制所述多个像素的所述第二子集以保持所述多个像素的所述第二子集的相应的像素信号值；以及/n从所述多个像素的所述第一子集和所述第二子集中读出所述像素信号值，并且将读取的所述像素信号值转换为数字像素值。/n

【技术特征摘要】
20181031 US 16/176,8171.一种用于处理来自具有多个像素的图像传感器的像素信号值的方法，每个像素被配置为通过使用参考信号对接收到的光进行解调来生成相应的像素信号值，所述方法包括：
基于应用于像素的第一子集的第一参考信号来控制至少所述多个像素的所述第一子集以生成相应的像素信号值，以进行第一曝光；
在所述第一曝光之后，控制所述多个像素的所述第一子集以保持所述多个像素的所述第一子集的相应的像素信号值；
在所述多个像素的所述第一子集保持所述多个像素的所述第一子集的相应的像素信号值的同时，基于应用于像素的第二子集的第二参考信号来控制所述多个像素的所述第二子集以生成相应的像素信号值，以进行第二曝光；
在所述第二曝光之后，控制所述多个像素的所述第二子集以保持所述多个像素的所述第二子集的相应的像素信号值；以及
从所述多个像素的所述第一子集和所述第二子集中读出所述像素信号值，并且将读取的所述像素信号值转换为数字像素值。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个像素被布置在具有行和列的阵列中，并且其中像素的所述第一子集包括所述阵列的每个奇数行或偶数行中的像素，并且像素的所述第二子集包括剩余的像素。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：通过针对每个深度值将所述第一子集中的像素的数字像素值与所述第二子集中的对应像素的数字像素值组合来生成深度图的深度值。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述多个像素被布置在具有行和列的阵列中，像素的所述第一子集包括所述阵列的每个奇数行或偶数行中的像素，并且像素的所述第二子集包括剩余的像素，并且其中所述组合包括：对于每个深度值，将任意给定行中的像素的数字像素值与紧邻行中的相邻像素的所述数字像素值组合。


5.根据权利要求1所述的方法，其中相对于在所述第一曝光期间应用于由所述图像传感器测量的光信号的调制信号，所述第一参考信号具有第一相位；并且相对于在所述第二曝光期间应用于由所述图像传感器测量的所述光信号的所述调制信号，所述第二参考信号具有第二相位。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一相位和所述第二相位之间的差是90度，并且其中所述组合包括：计算所述像素的所述数字像素值的比例的反正切。


7.一种图像处理系统，包括：
传感器，包括多个像素，所述多个像素被配置为响应于接收到的光而生成相应的多个像素信号值，其中每个像素被配置为通过使用参考信号对接收到的光进行解调来获得所述像素的相应的像素信号值；
参考信号发生器，被配置为生成所述参考信号并且将所述参考信号提供给所述多个像素；以及
模数转换器(ADC)电路，可操作地被耦合到所述多个像素；以及
控制电路，被配置为：
控制所述参考信号发生器以生成第一参考信号；
基于所述第一参考信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·戴拉彻，M·弗拉斯彻，R·卢伯尼克，H·昂特拉辛格，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE