TOF图像传感器像素结构及测距系统技术方案

本实用新型专利技术属于图像传感器技术领域，涉及一种TOF图像传感器像素结构及测距系统，其中，TOF图像传感器像素结构，包括光传感器及传输电路。光传感器包括电位逐级递减的第一感光区域、第二感光区域及第三感光区域，用于产生电位差，协助自身产生的电荷流向与第三感光区域连接的传输电路。因此，本实用新型专利技术通过电位从高到低的第一感光区域、第二感光区域及第三感光区域能够将光传感器产生电荷快速的传输至传输电路，从而能够使得该电荷快速的传输到存储单元(例如存储节点或存储电容)，故而提高了光电二极管产生的电荷的传输效率，进而能够提高测距精度。

【技术实现步骤摘要】
TOF图像传感器像素结构及测距系统
本技术涉及图像传感器
，特别是涉及一种TOF图像传感器像素结构及测距系统。
技术介绍
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分，根据元件的不同，图像传感器可以分为CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合元件)图像传感器和CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器两大类。而由于CMOS图像传感器具有功耗、成本低、易于标准化生产等优点，在各个领域得到了广泛应用。随着三维成像信息技术的迅速发展，特别是建筑测量、室内定位和导航、立体影像和辅助生活环境应用对飞行时间(Time-of-Flight，TOF)成像提出了迫切需求，应用于飞行时间成像系统的CMOS图像传感器像素结构也得了快速的发展。TOF图像传感器可以分为dTOF图像传感器和iTOF图像传感器。其中，dTOF图像传感器，直接测量飞行时间，即测量发射光脉冲与接收光脉冲的时间间隔。其中，iTOF图像传感器，间接测量飞行时间，通常采用一种测相位偏移的方法，即测量发射正弦波/方波与接收正弦波/方波之间的相位差。对于所有类型的TOF图像传感器而言，测距精度是其一项重要参数，测距精度越高，目标的三维图像探测就越准确。而在TOF图像传感器像素中，光电二极管产生的电荷的传输效率，会直接影响测距精度，因此，如何提高光电二极管产生的电荷的传输效率是我们需要考虑的。针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供了TOF图像传感器像素结构及测距系统，以实现提高光电二极管产生的电荷的传输效率的目的，进而能够提高测距精度。本技术是这样实现的：本技术提供了一种TOF图像传感器像素结构，包括光传感器及传输电路。光传感器包括电位逐级递减的第一感光区域、第二感光区域及第三感光区域，用于产生电位差，协助自身产生的电荷流向与第三感光区域连接的传输电路。可选地，光传感器的下端的形状包括一倒梯形，且光传感器的整体形状呈U形。可选地，光传感器为中轴对称结构。第一感光区域位于光传感器的上端，包括至少两个感光部，至少两个感光部以中轴对称设置，且相邻的两个感光部之间设有开口区。第二感光区域和第三感光区域均位于光传感器的下端，且第三感光区域位于下端的底部，其中，第三感光区域的掺杂浓度高于第二感光区域的掺杂浓度。第三感光区域为中轴对称结构。可选地，至少两个感光部的数量为3个，开口区的数量为2个。可选地，开口区为矩形，其宽度范围为0.2-0.8um。可选地，开口区的宽度为0.4um。可选地，光传感器是通过对完整的U形光传感器上端进行图案化处理以形成第一感光区域，以及对完整的U形光传感器下端的底部进行掺杂材料增加处理以形成第三感光区域而得到。可选地，图案化处理包括对完整的U形光传感器上端进行打洞处理以形成填充区，并在填充区内填充P型材料以形开口区。掺杂材料增加处理包括对完整的U形光传感器下端的底部增加N型材料浓度。可选地，开口区的形状包括以下至少一种：矩形或上下一样的形状。倒梯形、倒三角形、倒半圆形或从上到下变小的形状。可选地，光传感器与传输电路构成完整的TOF像素电路。完整的TOF像素电路包括2T像素电路、3T像素电路、4T像素电路及5T像素电路中的一种。可选地，传输电路中包括第一读取控制模块和第二读取控制模块。第一读取控制模块和第二读取控制模块均与光传感器相连，均用于根据电荷进行读取控制。可选地，第一读取控制模块还包括第一复位晶体管、第一双转换增益控制单元、第一传输晶体管、第一存储电容、第一浮动扩散节点及第一输出单元。其中，第一复位晶体管的第一端连接至电压源，第一复位晶体管的第二端通过第一双转换增益控制单元耦接于第一浮动扩散节点。第一传输晶体管的第一端连接至光传感器的负极，第一传输晶体管的第二端连接第一存储电容和第一浮动扩散节点。第一输出单元连接第一浮动扩散节点。第二读取控制模块还包括第二复位晶体管、第二双转换增益控制单元、第二传输晶体管、第二存储电容、第二浮动扩散节点及第二输出单元。其中，第二复位晶体管的第一端连接至电压源，第二复位晶体管的第二端通过第二双转换增益控制单元耦接于第二浮动扩散节点。第二传输晶体管的第一端连接至光传感器的负极，第二传输晶体管的第二端连接第二存储电容和第二浮动扩散节点。第二输出单元连接第二浮动扩散节点。可选地，第一输出单元包括第一源极跟随晶体管和第一行选择晶体管，第二输出单元包括第二源极跟随晶体管和第二行选择晶体管。第一源极跟随晶体管的第一控制端连接第一浮动扩散节点，第一源极跟随晶体管的第一端连接电压源，第一源极跟随晶体管的第二端通过第一行选择晶体管连接第一数据输出线。第二源极跟随晶体管的第二控制端连接第二浮动扩散节点，第二源极跟随晶体管的第一端连接电压源，第二源极跟随晶体管的第二端通过第二行选择晶体管连接第二数据输出线。可选地，还包括电荷平衡单元。电荷平衡单元与第一读取控制模块的第一浮动扩散节点和第二读取控制模块的第二浮动扩散节点相连，用于在重置后平衡第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点的电荷。可选地，还包括抗溢出晶体管。抗溢出晶体管的第一端耦接至电压源，抗溢出晶体管的第二端连接至光传感器，以用于在调制光未打开时移除光传感器因背景光所产生的电荷。本技术还提供一种测距系统，包括：图像传感器，图像传感器包括多个排成行和列的像素阵列，每个像素包括如上所描述的TOF图像传感器像素结构。控制信号处理单元，用于控制系统工作过程并处理像素阵列获取的图像数据。可调制光源，用于接收调制信号后产生调制光信号，并将接收到的调制信号反馈至像素阵列。本技术提供的TOF图像传感器像素结构及测距系统，其中，TOF图像传感器像素结构，包括光传感器及传输电路。光传感器包括电位逐级递减的第一感光区域、第二感光区域及第三感光区域，用于产生电位差，协助自身产生的电荷流向与第三感光区域连接的传输电路。因此，本技术通过电位从高到低的第一感光区域、第二感光区域及第三感光区域能够将光传感器产生电荷快速的传输至传输电路，从而能够使得该电荷快速的传输到存储单元(例如存储节点或存储电容)，故而提高了光电二极管产生的电荷的传输效率，进而能够提高测距精度。为让本技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明图1是本技术第一实施例提供的TOF图像传感器像素结构的第一示意图；图2是本技术第一实施例提供的TOF图像传感器像素结构的第二示意图；图3是本技术第二实施例提供的TOF图像传感器像素结构的示意图；图4是本技术第二实施例提供的TOF图像传感器像素结构的第一电路示意图；...

【技术保护点】
1.一种TOF图像传感器像素结构，其特征在于，包括光传感器及传输电路；/n所述光传感器包括电位逐级递减的第一感光区域、第二感光区域及第三感光区域，用于产生电位差，协助自身产生的电荷流向与所述第三感光区域连接的所述传输电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种TOF图像传感器像素结构，其特征在于，包括光传感器及传输电路；
所述光传感器包括电位逐级递减的第一感光区域、第二感光区域及第三感光区域，用于产生电位差，协助自身产生的电荷流向与所述第三感光区域连接的所述传输电路。


2.如权利要求1所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述光传感器的下端的形状包括一倒梯形，且所述光传感器的整体形状呈U形。


3.如权利要求1或2所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述光传感器为中轴对称结构；
所述第一感光区域位于所述光传感器的上端，包括至少两个感光部，所述至少两个感光部以所述中轴对称设置，且相邻的两个感光部之间设有开口区；
所述第二感光区域和所述第三感光区域均位于所述光传感器的下端，且所述第三感光区域位于所述下端的底部，其中，第三感光区域的掺杂浓度高于所述第二感光区域的掺杂浓度；
所述第三感光区域为中轴对称结构。


4.如权利要求3所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述至少两个感光部的数量为3个，所述开口区的数量为2个。


5.如权利要求4所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述开口区为矩形，其宽度范围为0.2-0.8um。


6.如权利要求5所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述开口区的宽度为0.4um。


7.如权利要求3所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述光传感器是通过对完整的U形光传感器上端进行图案化处理以形成所述第一感光区域，以及对所述完整的U形光传感器下端的底部进行掺杂材料增加处理以形成所述第三感光区域而得到。


8.如权利要求7所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述图案化处理包括对所述完整的U形光传感器上端进行打洞处理以形成填充区，并在所述填充区内填充P型材料以形所述开口区...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴顺麒，任冠京，莫要武，石文杰，侯金剑，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31