像素电路、光电传感器、ToF装置及电子设备制造方法及图纸

本申请公开了用于单个感光像素的像素电路、光电传感器、ToF装置以及电子设备；其中，像素电路被配置为与感测光信号的发射周期同步感测来自测量场景的光子，像素电路包括一个单光子雪崩二极管及一个淬灭重置电路，淬灭重置电路连接单光子雪崩二极管，淬灭重置电路被配置为在一个发射周期内对单光子雪崩二极管进行多次淬灭重置，使得单光子雪崩二极管能够在一个发射周期内多次感测光子而输出雪崩电流。通过上述方式，本申请提高信噪比以及光子感测的精度。的精度。的精度。

【技术实现步骤摘要】
像素电路、光电传感器、ToF装置及电子设备


[0001]本申请涉及ToF感测
，特别是涉及用于ToF感测的像素电路、光电传感器、ToF装置及设备。

技术介绍

[0002]ToF(Time of Flight)技术，就是利用时间相关单光子计数(Time
‑
Correlated Single
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Photon Counting，TCSPC)技术来测量场景中物体距离的一种测距方式。TOF装置按照预设的发射周期向测量场景发射感测光信号，通过光感器件，比如：单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)，接收来自测量场景的光信号并生成对应的光感应信号后，根据所述光感应信号对光信号的飞行时间进行测量和计数，然后对记录飞行时间做直方图统计，选取出现频率最高的飞行时间用来计算待测物体的深度(距离)信息。
[0003]然而，在一个发射周期内，光感器件不单会接收到测量场景中的目标物体反射的感测光信号，还会接收到环境光，环境光太强不仅会引起光感器件产生大量的光感应信号噪声，而且会降低所述光感器件对被目标物体反射回来的感测光信号的感测概率，从而影响了ToF装置的信噪比。

技术实现思路

[0004]本申请主要解决的技术问题是提供用于单个感光像素的像素电路、光电传感器、ToF装置及电子设备，能够提高光信号感测的信噪比。
[0005]为解决上述技术问题，本申请采用的第一个技术方案是：提供一种用于单个感光像素的像素电路，被配置为与感测光信号的发射周期同步感测来自测量场景的光子，该像素电路包括：一个单光子雪崩二极管及一个淬灭重置电路；
[0006]其中，所述淬灭重置电路连接所述单光子雪崩二极管，所述淬灭重置电路被配置为在一个发射周期内对所述单光子雪崩二极管进行多次淬灭重置，使得所述单光子雪崩二极管能够在一个发射周期内多次感测光子而输出雪崩电流。
[0007]为解决上述技术问题，本申请采用的第二个技术方案是：提供一种用于单个感光像素的像素电路，被配置为与感测光信号的发射周期同步感测来自测量场景的光子，所述像素电路包括至少两个单光子雪崩二极管、至少两个淬灭重置电路及计时电路。所述至少两个单光子雪崩二极管被配置为感测来自测量场景的光子而输出雪崩电流。所述至少两个淬灭重置电路分别对应连接所述至少两个单光子雪崩二极管，所述淬灭重置电路被配置为在一个发射周期内对所述单光子雪崩二极管进行淬灭重置。所述至少两个单光子雪崩二极管并联连接至所述计时电路，所述计时电路被配置为响应于所述至少两个单光子雪崩二极管在一个发射周期内总共至少两次感测光子而生成与光子感测时间对应的计时数据。
[0008]为解决上述技术问题，本申请采用的第三个技术方案是：提供一种光电传感器，该光电传感器包括至少一个上述的像素电路。
[0009]为解决上述技术问题，本申请采用的第四个技术方案是：提供一种ToF装置，该ToF
装置包括：发射组件、接收组件和处理电路。
[0010]发射组件用于发射感测光信号；接收组件包括至少一个上述的像素电路，用于接收感测光信号经外部对象反射回来的光子；处理电路连接发射组件和接收组件，处理电路用于接收每个像素电路在多个发射周期的计时数据，并统计每个像素电路在多个发射周期的计时数据，得到计时结果。
[0011]为解决上述技术问题，本申请采用的第五个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器和如上述的ToF装置，ToF装置和存储器分别耦接处理器，处理器用于控制ToF装置。
[0012]本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，通过设置一个感光像素的单光子雪崩二极管能够在一个发射周期内多次感测光子输出相应的雪崩电流，如此能够提高一个发射周期内可感测到被外部对象反射回来的感测光信号的概率，提高信噪比，减少误差，使得最后的计时结果更精确，最后得出的飞行时间更为精确。
附图说明
[0013]图1是本申请电子设备实施例的电路结构示意框图；
[0014]图2是本申请ToF装置实施例的电路结构示意框图；
[0015]图3是本申请ToF装置实施例的一光子计数直方图的示意图；
[0016]图4是本申请ToF装置实施例的因环境光而产生堆积效应的光子计数直方图的示意图；
[0017]图5是本申请ToF装置实施例的因感测光信号而产生堆积效应的光子计数直方图的示意图；
[0018]图6是本申请像素电路实施例的第一实施方式的一电路结构示意图；
[0019]图7是本申请像素电路实施例中的多重标记时数转换器的开始和停止信号的示意图；
[0020]图8A是本申请像素电路实施例中可选存储方式一的逻辑示意图；
[0021]图8B是本申请像素电路实施例中可选存储方式二的逻辑示意图；
[0022]图8C是本申请像素电路实施例中可选存储方式三的逻辑示意图；
[0023]图9是本申请像素电路实施例中的淬灭重置电路的输出电压的变化示意图；
[0024]图10是本申请像素电路实施例中的感测光信号发射和光子接收的波形示意图；
[0025]图11是图6中像素电路的淬灭重置电路另一实现方式的电路示意图；
[0026]图12是本申请像素电路实施例的第一实施方式另一电路结构示意图；
[0027]图13是本申请像素电路实施例中的图像像素的结构示意图；
[0028]图14是本申请像素电路实施例的第二实施方式的一电路结构示意图；
[0029]图15是本申请像素电路实施例的第二实施方式的另一电路结构示意图。
[0030]图16是本申请像素电路实施例的多发射周期的光子计数过程示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
Rambus RAM，DRRAM)。
[0039]在一些实施方式中，电子设备100还可以包括：外围设备接口130和至少一个外围设备。处理器110、存储器120和外围设备接口130之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口130相连。具体地，外围设备可以包括：射频电路140、显示屏150、音频电路160和电源170中的一种或多种。
[0040]外围设备接口130可被用于将I/O(Input/output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器110和存储器120。在一些实施例中，处理器110、存储器120和外围设备接口130可以被集成在同一芯片或电路板上。在一些其他实施方式中，处理器110、存储器120和外围设备接口130中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例不加以限定。
[0041]射频电路140用于接收和发射射频(Radio Frequency，RF)信号，也称电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单个感光像素的像素电路，其特征在于，被配置为与感测光信号的发射周期同步感测来自测量场景的光子，所述像素电路包括：一个单光子雪崩二极管；及一个淬灭重置电路，连接所述单光子雪崩二极管，所述淬灭重置电路被配置为在一个发射周期内对所述单光子雪崩二极管进行多次淬灭重置，使得所述单光子雪崩二极管能够在一个发射周期内多次感测光子而输出雪崩电流。2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述像素电路进一步包括：计时电路，连接至所述单光子雪崩二极管，被配置为响应于所述单光子雪崩二极管在一个发射周期多次感测光子而生成与光子感测时间对应的计时数据。3.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于：所述计时电路包括多重标记时数转换器，所述多重标记时数转换器连接所述单光子雪崩二极管，能够响应于所述单光子雪崩二极管在一个所述发射周期内多次感测光子而记录多个时间戳，以生成所述计时数据。4.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于：所述计时电路包括至少两个时数转换器，所述至少两个时数转换器分别连接所述单光子雪崩二极管，所述至少两个时数转换器能够响应于所述单光子雪崩二极管在一个所述发射周期内多次感测光子而对应记录的至少两个时间戳，以生成所述计时数据。5.根据权利要求3或4所述的像素电路，其特征在于：所述计时电路包括多个时间寄存器，每个所述时间寄存器用于存储一个所述时间戳，所述多个时间寄存器能够在一个所述发射周期内存储所述单光子雪崩二极管多次感测光子而被记录的多个所述时间戳。6.根据权利要求5所述的像素电路，其特征在于：在一个所述发射周期内，所述多个时间寄存器用于存储最先记录的多个所述时间戳；或者，在一个所述发射周期内，所述多个时间寄存器用于存储最后记录的多个所述时间戳；或者，在一个所述发射周期内，所述多个时间寄存器用于存储最后记录的且不小于预设阈值的多个所述时间戳。7.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于：所述淬灭重置电路为被动淬灭主动充电式淬灭重置电路、被动淬灭被动充电式淬灭重置电路及主动淬灭主动充电式淬灭重置电路中的任意一种。8.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于：所述淬灭重置电路包括淬灭重置子电路和开关子电路，所述淬灭重置子电路连接第一电源和相应的所述单光子雪崩二极管的阴极，所述开关子电路连接第二电源和相应的所述单光子雪崩二极管的阴极，相应的所述单光子雪崩二极管的阳极接地；在所述开关子电路处于闭合状态下，对相应的所述单光子雪崩二极管的阴极放电，使得相应的所述单光子雪崩二极管处于淬灭状态，在所述开关子电路处于断开状态下，所述淬灭重置子电路对相应的所述单光子雪崩二极管的阴极充电，使得相应的所述单光子雪崩二极管处于盖革状态。9.根据权利要求8所述的像素电路，其特征在于：所述第二电源输出的电压值小于相应的所述单光子雪崩二极管的击穿电压，且小于所述淬灭重置子电路用于对相应的所述单光子雪崩二极管的阴极充电的输出电压，所述淬灭
重置子电路用于对相应的所述单光子雪崩二极管的阴极充电的输出电压大于所述单光子雪崩二极管的击穿电压。10.根据权利要求8所述的像素电路，其特征在于：所述开关子电路包括控制端、第一端和第二端，所述控制端用于接收控制信号，所述第一端连接所述第二电源，所述第二端...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晨晋，李佳鹏，陈艺章，汪浩，莫良华，
申请(专利权)人：深圳阜时科技有限公司，
类型：发明
国别省市：