飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器制造技术

一种飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器，包括a行b列像素单元；在第M行第N列像素单元中，光电转换元件接收调制光波以产生电荷；第一电荷存储转移电路至第四电荷存储转移电路分别根据四个电荷调制信号选择性调制调制光波的四个相位对应的电荷以生成四个积分电荷信号，并根据四个控制选择信号将四个积分电荷信号输出；电荷读出电路根据第三积分电荷信号和第二积分电荷信号分别输出第三光电信号和第二光电信号；电荷读出电路还根据第M行第N+1列输出的所述第一积分电荷信号和第四积分电荷信号输出第M行第N+1列像素单元的第一光电信号和第四光电信号；故左右相邻的像素单元共享电荷读出电路，节省面积，提升像素感光灵敏度。感光灵敏度。感光灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器


[0001]本申请属于传感器领域，尤其涉及一种飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器。

技术介绍

[0002]飞行时间传感器是一种测距设备的重要部分，能够捕获目标物体的三维(Three Dimensional，3D)距离信息，获得3D图像；广泛应用在行为分析、监控、汽车自动驾驶、人工智能、机器视觉感知和图像3D增强等领域。随着半导体制造技术的不断进步，飞行时间传感器向着低功耗、高度集成及尺寸更小的技术方向发展；在多个应用领域中，用于采集3D数据的传感器芯片越来越趋于小型化。
[0003]飞行时间传感器，采用飞行时间法，测量光脉冲从光源发射端到目标物体反射后，再到传感器接收端的光的旅行时间，从而确定目标物体的距离信息。飞行时间传感器可以采用直接的方法获得光的旅行时间，也可以采用间接的方法获得光的旅行时间，间接方法是指记录光脉冲从发射到接收时间段的相位差，进而计算出光的旅行时间。
[0004]飞行时间传感器一般包括光源发射模块和光源感知模块。所述光源发射模块用于发射特定频率的正弦波或脉冲方波；所述光源感知模块，记录光发射到光接收时间段的相位差，进而计算出被测物体的距离信息。
[0005]光源感知模块一般包括感光像素模块和光电信号处理系统模块。感光像素，采用间接方法获得时间数据，需要采集正弦连续光波的四个相位信号：0度、90度、180度和270度，进而推算出时间信息。
[0006]在现有技术中，通常一个像素单元中包含有多个晶体管器件来实现光电相位信号的采集，需要完成的操作步骤包含光电电荷信号调制、光电电荷信号储存、光电电荷信号转为光电信号输出；四个光电相位信号的采集，需要四组光电电荷信号调制、光电电荷信号储存和光电电荷信号转为光电信号的电路晶体管器件模块，过多的电路晶体管器件会占据过多的像素面积，从而为像素感光灵敏度的提升和传感器尺寸小型化带来困难。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器，旨在解决传统的飞行时间传感器存在的像素感光灵敏度差和传感器尺寸较大的缺陷。
[0008]本申请实施例提供了一种飞行时间传感器像素电路，包括a行b列像素单元，第M行第N列像素单元包括：光电转换元件，配置为接收调制光波以产生电荷；所述调制光波由光源发射电路所发送并经目标物体反射至所述光电转换元件；第一电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第一电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第一相位对应的所述电荷，以生成第一积分电荷信号，并根据第一控制选择信号将所述第一积分电荷信号输出；第二电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第二电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第二相位对应的所述电荷，以生成第二积分电荷信号，并
根据第二控制选择信号将所述第二积分电荷信号输出；第三电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第三电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第三相位对应的所述电荷，以生成第三积分电荷信号，并根据第三控制选择信号将所述第三积分电荷信号输出；第四电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第四电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第四相位对应的所述电荷，以生成第四积分电荷信号，并根据第四控制选择信号将所述第四积分电荷信号输出；电荷读出电路，与所述第三电荷存储转移电路的输出端和所述第二电荷存储转移电路的输出端连接，配置为根据所述第三积分电荷信号输出第三光电信号，以得到第三计算信号，并根据所述第二积分电荷信号输出第二光电信号，以得到第二计算信号；
[0009]其中，所述第M行第N列像素单元的电荷读出电路，还与第M行第N+1列像素单元的所述第一电荷存储转移电路的输出端和第M行第N+1列像素单元的所述第四电荷存储转移电路的输出端连接，配置为根据第M行第N+1列输出的所述第一积分电荷信号输出第M行第N+1列像素单元的第一光电信号，以得到第M行第N+1列像素单元的第一计算信号，并根据第M行第N+1列像素单元输出的所述第四积分电荷信号输出第M行第N+1列像素单元的第四光电信号，以得到第M行第N+1列像素单元的第四计算信号；
[0010]其中，基于每个像素单元对应的所述第一计算信号、所述第二计算信号、所述第三计算信号及所述第四计算信号获取飞行时间；a和b均为自然数，M为小于等于a的自然数，N为小于b的自然数。
[0011]本申请实施例还提供一种上述的飞行时间传感器像素电路的结构，第M行第N列像素单元的所述光电转换元件位于第M行第N列像素单元的中间位置，第M行第N列像素单元的所述电荷读出电路位于第M行第N列像素单元的所述光电转换元件的右侧，第M行第N+1列像素单元的所述第一电荷存储转移电路的输出端、第M行第N+1列像素单元的所述第四电荷存储转移电路、第M行第N列像素单元的所述第三电荷存储转移电路的输出端和第M行第N列像素单元的所述第二电荷存储转移电路的输出端连接至第M行第N列像素单元的所述电荷读出电路的输入端。
[0012]本申请实施例还提供一种飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包括上述的飞行时间传感器像素电路；和/或，所述飞行时间传感器包括上述的飞行时间传感器像素电路的结构。
[0013]本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于四个电荷存储转移电路分别调制调制光波的四个相位对应的电荷以生成四个积分电荷信号，左右相邻的像素单元共享电荷读出电路，可有效节省面积，进而提高像素光电转换元件的感光面积，提升像素感光灵敏度。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术技术，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路中像素单元的一种结构示
意图；
[0016]图2为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路中像素单元的另一种结构示意图；
[0017]图3为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路中电荷读出电路的一种结构示意图；
[0018]图4为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路中像素单元的一种电路原理示例图；
[0019]图5为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的的一种版图示例图；
[0020]图6为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的一种版图示例图；
[0021]图7为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的光电信号读取示意图。
[0022]图8为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的控制时序图。
具体实施方式
[0023]为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行时间传感器像素电路，其特征在于，包括a行b列像素单元，第M行第N列像素单元包括：光电转换元件，配置为接收调制光波以产生电荷；所述调制光波由光源发射电路所发送并经目标物体反射至所述光电转换元件；第一电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第一电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第一相位对应的所述电荷，以生成第一积分电荷信号，并根据第一控制选择信号将所述第一积分电荷信号输出；第二电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第二电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第二相位对应的所述电荷，以生成第二积分电荷信号，并根据第二控制选择信号将所述第二积分电荷信号输出；第三电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第三电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第三相位对应的所述电荷，以生成第三积分电荷信号，并根据第三控制选择信号将所述第三积分电荷信号输出；第四电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第四电荷调制信号选择性调制所述调制光波的第四相位对应的所述电荷，以生成第四积分电荷信号，并根据第四控制选择信号将所述第四积分电荷信号输出；电荷读出电路，与所述第三电荷存储转移电路的输出端和所述第二电荷存储转移电路的输出端连接，配置为根据所述第三积分电荷信号输出第三光电信号，以得到第三计算信号，并根据所述第二积分电荷信号输出第二光电信号，以得到第二计算信号；其中，所述第M行第N列像素单元的电荷读出电路，还与第M行第N+1列像素单元的所述第一电荷存储转移电路的输出端和第M行第N+1列像素单元的所述第四电荷存储转移电路的输出端连接，配置为根据第M行第N+1列输出的所述第一积分电荷信号输出第M行第N+1列像素单元的第一光电信号，以得到第M行第N+1列像素单元的第一计算信号，并根据第M行第N+1列像素单元输出的所述第四积分电荷信号输出第M行第N+1列像素单元的第四光电信号，以得到第M行第N+1列像素单元的第四计算信号；其中，基于每个像素单元对应的所述第一计算信号、所述第二计算信号、所述第三计算信号及所述第四计算信号获取飞行时间；a和b均为自然数，M为小于等于a的自然数，N为小于b的自然数。2.如权利要求1所述的飞行时间传感器像素电路，其特征在于，所述第一电荷存储转移电路的输入端和所述第二电荷存储转移电路的输入端通过第一开关电路与所述光电转换元件的同一端连接，所述第三电荷存储转移电路的输入端及所述第四电荷存储转移电路的输入端通过第二开关电路与所述光电转换元件的同一端连接。3.如权利要求1所述的飞行时间传感器像素电路，其特征在于，所述第一相位、所述第二相位、所述第三相位以及所述第四相位分别为0度、90度、180度以及270度中的其中一个；所述调制光源周期由四个周期区间构成，各所述周期区间与所述第一相位、所述第二相位、所述第三相位以及所述第四相位一一对应，以得到各相位对应的所述电荷。4.如权利要求1所述的飞行时间传感器像素电路，其特征在于，所述第一电荷存储转移电路包括第一电荷转移晶体管、第一电荷存储器件以及第一电荷选择晶体管；所述第一电荷转移晶体管的源极连接至所述第一电荷存储转移电路的电荷输入端，所
述第一电荷转移晶体管的漏极与所述第一电荷存储器件源极连接，所述第一电荷存储器件的漏极与所述第一电荷选择晶体管的源极连接，所述第一电荷选择晶体管的漏极连接至所述第一电荷存储转移电路的第一积分电荷信号输出端；所述第一电荷转移晶体管的栅极连接至所述第一电荷调制信号控制线，所述第一电荷选择晶体管的栅极连接至所述第一控制选择信号控制线；所述第一电荷存储器件的栅极接入第一电压；和/或；所述第二电荷存储转移电路包括第二电荷转移晶体管、第二电荷存储器件以及第二电荷选择晶体管；所述第二电荷转移晶体管的源极连接至所述第二电荷存储转移电路的电荷输入端，所述第二电荷转移晶体管的漏极与所述第二电荷存储器件源极连接，所述第二电荷存储器件的漏极与所述第二电荷选择晶体管的源极连接，所述第二电荷选择晶体管的漏极连接至所述第二电荷存储转移电路的第二积分电荷信号输出端；所述第二电荷转移晶体管的栅极连接至所述第二电荷调制信号控制线，所述第二电荷选择晶体管的栅极连接至所述第二控制选择信号控制线；所述第二电荷存储器件的栅极接入第二电压；和/或；所述第三电荷存储转移电路包括第三电荷转移晶体管、第三电荷存储器件以及第三电荷选择晶体管；所述第三电荷转移晶体管的源极连接至所述第三电荷存储转移电路的电荷输入端，所述第三电荷转移晶体管的漏极与所述第三电荷存储器件的源极连接，所述第三电荷存储器件的漏极与所述第三电荷选择晶体管的源极连接，所述第三电荷选择晶体管的漏极连接至所述第三电荷存储转移电路的第三积分电荷信号输出端；所述第三电荷转移晶体管的栅极连接至所述第三电荷调制信号控制线，所述第三电荷选择晶体管的栅极连接至所述第三控制选择信号控制线；所述第三电荷存储器件的栅极接入第三电压；和/或；所述第四电荷存储转移电路包括第四电荷转移晶体管、第四电荷存储器件以及第四电荷选择晶体管；所述第四电荷转移晶体管的源极连接至所述第四电荷存储转移电路的电荷输入端，所述第四电荷转移晶体管的漏极与所述第四电荷存储器件源极连接，所述第四电荷存储器件的漏极与所述第四电荷选择晶体管的源极连接，所述第四电荷选择晶体管的漏极连接至所述第四电荷存储转移电路的第四积分电荷信号输出端；所述第四电荷转移晶体管的栅极连接至所述第四电荷调制信号控制线，所述第四电荷选择晶体管的栅极连接至所述第四控制选择信号控制线；所述第四电荷存储器件的栅极接入第四电压。5.如权利要求1至4任意一项所述的飞行时间传感器像素电路，其特征在于，所述第M行第N列像素单元的所述电荷读出电路包括：第一电荷读出电路，与所述第M行第N列像素单元的第二电荷存储转移电路的输出端和
第M行第N+1列像素单元的所述第一电荷存储转移电路的输出端连接，配置为根据所述第M行第N列像素单元的第二积分电荷信号输出所述第M行第N列像素单元的第二光电信号，以得到所述第M行第N列像素单元的第二计算信号，并根据所述第M行第N+1列像素单元的第一积分电荷信号输出所述第M行第N+1列像素单元第一光电信号，以得到所述第M行第N+1列像素单元第一计算信号；第二电荷读出电路，与所述第M行第N列像素单元的第三电荷存储转移电路的输出端和第M行第N+1列像素单元的所述第四电荷存储转移电路的输出端连接，配置为根据所述第M行第N列像素单元的第三积分电荷信号输出所述第M行第N列像素单元的第三光电信号，以得到所述第M行第N列像素单元的第三计算信号，并根据所述第M行第N+1列像素单元的第四积分电荷信号输出所述第M行第N+1列像素单元第四光电信号，以得到所述第M行第N+1列像素单元第四计算信号。6.如权利要求5所述的飞行时间传感器像素电路，其特征在于，所述第一电荷读出电路包括第一复位晶体管、第一源跟随晶体管及第一像素选择晶体管；所述第一复位晶体管的漏极连接于第一电源，所述第一源跟随晶体管的漏极连接于第二电源，所述第一电源与所述第二电源相同或不同，所述第一复位晶体管的源极以及所述第一源跟随晶体管的栅极共同连接至积分电荷信号输入端，所述第一源跟随晶体管的源极与所述第一像素选择晶体管的漏极连接，所述第一像素选择晶体管的源极连接至光电信号输出端；所述第一复位晶体管的栅极连接至第一复位控制线，以作为所述第一电荷读出电路的第一复位控制信号输入端和所述第一电荷读出电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，
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：