飞行时间图像传感器像素电路及其读出方法、图像传感器技术

本申请涉及一种飞行时间图像传感器像素电路及其读出方法、图像传感器，该飞行时间图像传感器像素电路中，若干传输晶体管以感光元件为中心成对设置，成对设置的传输晶体管传输的光电荷信号为同一时期积分的电荷信号，成对设置的传输晶体管输出的光电荷信号经对应的输出控制单元输出后被合并为一个总的光电荷信号以进行图像处理，辅之以飞行时间图像传感器像素电路的读出方法，通过划分多个深度子帧读出相位信号的方式，可以在保持原有的像素尺寸的前提下，最大程度缩短光电荷信号的传输距离，在不牺牲工作频率的前提下，增加深度测量精度，同时提升图像传感器的信噪比。同时提升图像传感器的信噪比。同时提升图像传感器的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
飞行时间图像传感器像素电路及其读出方法、图像传感器


[0001]本申请涉及图像传感器
，具体而言，涉及一种飞行时间图像传感器像素电路及其读出方法、图像传感器。

技术介绍

[0002]图像传感器是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(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器和CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，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。
[0003]飞行时间(TOF，Time of Fly)图像传感器装置主要应用于获取3D图像的系统、利用基于光学飞行时间感知光线从光源到达物体，再反射回图像传感器的时间来测量成像目标到图像传感装置的距离，通过将飞行时间图像传感器的每个像素都用于距离测量可以获得高精度的深度图像。
[0004]随着图像传感器功能与日俱增，对于图像传感器硬件属性的要求也逐渐提高，图像传感器像素电路的尺寸也随着硬件属性的要求日渐增大；由于图像传感器像素电路尺寸的增大，在像素结构中，感光元件输出的光电荷信号传输到浮动扩散点的传输路径相比于传统的图像传感器更长，相应地，感光元件输出的光电荷信号传输到浮动扩散点的传输时间相比于传统的图像传感器更久。

技术实现思路

[0005]为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种飞行时间图像传感器像素电路及其读出方法、图像传感器。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种飞行时间图像传感器像素电路，所述飞行时间图像传感器像素电路包括像素单元、若干输出控制单元，具体地：所述像素单元包括感光元件和若干传输晶体管，所述若干传输晶体管的控制端分别接收传输控制信号，所述若干传输晶体管的输入端分别与所述感光元件相连，且所述若干传输晶体管的输出端分别与所述若干输出控制单元相连；所述若干传输晶体管以所述感光元件为中心成对设置，且成对设置的所述传输晶体管传输的光电荷信号为同一时期积分的光电荷信号；所述若干输出控制单元与所述若干传输晶体管之间还包括若干浮动扩散点，所述若干输出控制单元与所述若干传输晶体管分别连接所述若干浮动扩散点，所述若干传输晶体管用于控制所述感光元件输出的光电荷信号传输至所述若干浮动扩散点，所述若干输出控制单元用于分别接收若干所述浮动扩散点输出的光电荷信号以进行图像处理；其中，成对设置的所述传输晶体管输出的光电荷信号经对应的输出控制单元输出后被合并为一个总的光电荷信号以进行图像处理。
[0007]在一种可能的实现方式中，相邻设置的像素单元共享所述若干输出控制单元的其中一路。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述若干传输晶体管和所述感光元件共面设置；所述若干传输晶体管以所述感光元件为中心相互间隔且对称分布，成对设置的所述传输晶体管之间的中心连线穿过所述感光元件。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述像素单元包括四个传输晶体管，所述四个传输晶体管以所述感光元件为中心，分别包括：位于感光元件的顺时针方向315
°
角处的第一传输晶体管、位于所述感光元件的顺时针方向45
°
角处的第二传输晶体管、位于所述感光元件的顺时针方向135
°
角处的第三传输晶体管和位于所述感光元件的顺时针方向225
°
角处的第四传输晶体管；所述第二传输晶体管和所述第四传输晶体管的中心连接穿过所述感光元件，所述第三传输晶体管和所述第一传输晶体管的中心连接穿过所述感光元件，且所述第二传输晶体管和所述第四传输晶体管的中心连接与所述第三传输晶体管和所述第一传输晶体管的中心连接相交于所述感光元件。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述感光元件包括第一光传感区和第二光传感区，所述第二光传感区中N型半导体一侧的电子浓度高于所述第一光传感区中N型半导体一侧的电子浓度。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述第二光传感区中N型半导体一侧的电子浓度与所述第一光传感区中N型半导体一侧的电子浓度之比为2:1。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述像素单元还包括设置于所述感光元件和所述若干传输晶体管之间的开关晶体管，所述开关晶体管包括第一开关晶体管和第二开关晶体管，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管相互间隔且对称设置，成对设置的所述传输晶体管之间的开关晶体管相同。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述像素单元还包括若干存储模块，所述存储模块与所述感光元件和所述传输晶体管连接，且所述存储模块设置于所述感光元件和所述传输晶体管之间。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述存储模块包括存储晶体管和存储电容，所述传输晶体管通过所述存储晶体管串联连接所述开关晶体管，所述存储电容连接所述存储晶体管的输出端；所述存储晶体管用于在所述开关晶体管打开后将所述感光元件输出的光电荷信号传输到所述存储电容。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述感光元件的一侧设置有中央调制泵栅，所述中央调制泵栅用于产生从所述感光元件的远端到所述感光元件的中心方向上的电场，并加速电子从所述感光元件的中心向所述感光元件的远端转移。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述中央调制泵栅与所述感光元件同轴设置。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述中央调制泵栅在所述感光元件上的投影面积和所述感光元件相对所述中央调制泵栅一侧表面积的比例为1:3。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述中央调制泵栅的形状与所述感光元件的形状相同。
[0019]在一种可能的实现方式中，所述像素单元还包括像素重置晶体管，所述像素重置晶体管的一端与所述感光元件连接，用于在所述感光元件传输电荷信号之前，清除所述感光元件的电荷。
[0020]在一种可能的实现方式中，所述若干输出控制单元包括复位模块和输出模块，所
述复位模块和所述输出模块分别与所述若干浮动扩散点连接，所述复位模块用于重置所述若干浮动扩散点的电压，所述输出模块用于输出所述若干浮动扩散点传输的光电荷信号。
[0021]在一种可能的实现方式中，所述复位模块包括所述复位晶体管，所述复位晶体管的一端与高电平电压信号连接，所述复位晶体管的另一端与所述浮动扩散点连接，并通过所述浮动扩散点和所述输出模块连接，所述复位晶体管的控制端与复位控制信号连接，所述复位晶体管用于根据所述复位控制信号重置所述若干浮动扩散点的电压。
[0022]在一种可能的实现方式中，所述复位模块包括所述双转换增益控制模块，连接在所述复位晶体管和所述若干浮动扩散点之间，所述双转换增益控制模块包括双转换增益控制晶体管和电容，所述双转换增益控制模块用于实现在低转换增益模式和高转换增益模式之间的切换。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述输出模块包括源极跟随晶体管，所述源极跟随晶体管的第一端与高电平电压信号连接，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行时间图像传感器像素电路，包括像素单元、若干输出控制单元，其特征在于：所述像素单元包括感光元件和若干传输晶体管，所述若干传输晶体管的控制端分别接收传输控制信号，所述若干传输晶体管的输入端分别与所述感光元件相连，且所述若干传输晶体管的输出端分别与所述若干输出控制单元相连；所述若干传输晶体管以所述感光元件为中心成对设置，且成对设置的所述传输晶体管传输的光电荷信号为同一时期积分的光电荷信号；所述若干输出控制单元与所述若干传输晶体管之间还包括若干浮动扩散点，所述若干输出控制单元与所述若干传输晶体管分别连接所述若干浮动扩散点，所述若干传输晶体管用于控制所述感光元件输出的光电荷信号传输至所述若干浮动扩散点，所述若干输出控制单元用于分别接收所述若干浮动扩散点输出的光电荷信号以进行图像处理；其中，成对设置的所述传输晶体管输出的光电荷信号经对应的所述输出控制单元输出后被合并为一个总的光电荷信号以进行图像处理。2.如权利要求1所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于：相邻设置的所述像素单元共享所述若干输出控制单元的其中一路。3.如权利要求1所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于：所述若干传输晶体管和所述感光元件共面设置；所述若干传输晶体管以所述感光元件为中心相互间隔且对称设置，成对设置的所述传输晶体管之间的中心连线穿过所述感光元件。4.如权利要求3所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于：所述像素单元包括四个传输晶体管，所述四个传输晶体管以所述感光元件为中心，分别包括：位于感光元件的顺时针方向315
°
角处的第一传输晶体管、位于所述感光元件的顺时针方向45
°
角处的第二传输晶体管、位于所述感光元件的顺时针方向135
°
角处的第三传输晶体管和位于所述感光元件的顺时针方向225
°
角处的第四传输晶体管；所述第二传输晶体管和所述第四传输晶体管的中心连接穿过所述感光元件，所述第三传输晶体管和所述第一传输晶体管的中心连接穿过所述感光元件，且所述第二传输晶体管和所述第四传输晶体管的中心连接与所述第三传输晶体管和所述第一传输晶体管的中心连接相交于所述感光元件。5.如权利要求1所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于，所述感光元件包括第一光传感区和第二光传感区，所述第二光传感区中N型半导体一侧的电子浓度高于所述第一光传感区中N型半导体一侧的电子浓度。6.如权利要求5所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于，所述第二光传感区中N型半导体一侧的电子浓度与所述第一光传感区中N型半导体一侧的电子浓度之比为2:1。7.如权利要求1所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于，所述像素单元还包括设置于所述感光元件和所述若干传输晶体管之间的开关晶体管，所述开关晶体管包括第一开关晶体管和第二开关晶体管，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管相互间隔且对称设置，成对设置的所述传输晶体管之间的开关晶体管相同。8.如权利要求1所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于，所述像素单元还包
括若干存储模块，所述存储模块与所述感光元件和所述传输晶体管分别连接，且所述存储模块设置于所述感光元件和所述传输晶体管之间。9.如权利要求8所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于，所述存储模块包括存储晶体管和存储电容，所述传输晶体管通过所述存储晶体管串联连接所述开关晶体管，所述存储电容连接所述存储晶体管的输出端；所述存储晶体管用于在所述开关晶体管打开后将所述感光元件输出的光电荷信号传输到所述存储电容。10.如权利要求1所述的飞行时间图像传感器像素电路，其特征在于，所述感光元件的一侧设置有中央调制泵栅，所述中央调制泵栅用于产生从所述感光元件的远端到所述感光元件的中心方向上的电场，并加速电子从所述感光元件的中心向所述感光元件的远端转移。11.如权利要求10所述的飞行时间图像传感器像素电路，所述中央调制泵栅与所述感光元件同轴设置。12.如权利要求11所述的飞行时间图像传感器像素电路，所述中央调制泵栅在所述感光元件上的投影面积和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴顺麒，王倩，任玉齐，张盛鑫，王文轩，
申请(专利权)人：思特威合肥电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：