一种图像传感器的像素和图像传感器制造技术

本申请提供一种图像传感器的像素和图像传感器，可以提供入射光的强度信息和飞行时间信息

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器的像素和图像传感器


[0001]本申请涉及图像传感器技术，尤其涉及一种图像传感器的像素和图像传感器
。

技术介绍

[0002]随着图像传感器应用场景增多，图像传感器的类型也不断增多
。
当照射在对象上的光入射到图像传感器中，图像传感器中的各像素可以将入射到像素中的入射光转换为相应的电信号
。
处理器可以通过图像传感器中各像素提供的电信号，产生对象的图像或者确定对象的变化情况
。
[0003]不同类型的图像传感器将入射光转换的电信号的过程也不相同
。
例如灰度图像传感器将入射光转换的电信号表征入射光的光强信息
。
处理器可以利用光强信息生成对象的图像
。
动态视觉图像传感器将入射光转换的电信号表征入射光的光强的变化量
。
处理器可以利用光强的变化量更新图像
。
灰度图像传感器和动态视觉图像传感器通常被称为二维图像传感器，分别产生的入射光的强度信息和入射光的光强的变化量称为二维信息
。
[0004]飞行时间图像传感器将入射光转换的电信号表征入射光的飞行时间信息，并且该入射光是主动光源经对象反射后的光
。
处理器可以利用飞行时间信息确定对象与主动光源之间的距离，也即确定对象与主动光源之间的深度
。
因而飞行时间图像传感器通常被称为三维图像传感器，所产生的入射光的飞行时间信息称为三维信息
。
[0005]在一些图像传感器的新应用场景中，通常需要多个类型的图像传感器
。
例如，自动驾驶场景中，车辆需要准确探测周围对象的情况
。
一般由车辆发射出主动光源，主动光源遇到被探测对象后被反射，车辆需要对反射到图像传感器中的光进行处理产生二维信息或者三维信息，便于生成对象的二维图像或者三维图像
。
因而车辆中需要设置多个类型的图像传感器，具有较高成本，并且将不同类型的图像传感器的像素产生的信息进行匹配的过程较为复杂
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请提供一种图像传感器的像素和图像传感器，可以提供入射光的强度信息和飞行时间信息
。
[0007]第一方面，本申请实施例提供中图像传感器的像素，可以包括光电转换电路和复合测量电路
。
光电转换电路可以用于基于入射在所述像素上的入射光，生成第一电流
。
复合测量电路与光电转换电路耦合
。
像素可以具有多种工作模式，如第一工作模式和第二工作模式
。
像素在第一工作模式时，可以提供入射光的强度信息
。
像素在第二工作模式时可以提供入射光的飞行时间信息
。
复合测量电路可以当所述像素工作在第一工作模式时，基于所述第一电流，生成第一脉冲信号，所述第一脉冲信号表征所述入射光的强度信息
。
当所述像素工作在第二工作模式时，接收多个采样信号，基于所述第一电流和所述多个采样信号，生成多个第二脉冲信号；其中，所述多个采样信号与所述多个第二脉冲信号一一对应，所述多个第二脉冲信号用于表征所述入射光的相位与设定相位之间的相位偏移量，所述入射光是
所述设定相位的光线入射到目标对象反射的
。
设定相位可以为主动光的相位
。
入射光的相位与设定相位之间的相位偏移为入射光的飞行时间信息，可以用于确定像素与目标对象之间的距离
。
[0008]本申请实施例中，复合测量电路在像素处于不同工作模式下，均采用脉冲形式的数据输出
。
节省外围电路中对模拟物理量处理
。
后端电路如图像信号处理器，可以直接采用数字信号处理的方式对所述第一脉冲信号或者所述第二脉冲信号进行处理
。
并且，复合测量电路具有多种功能，可以提供入射光的强度信息，以及飞行时间信息，减少占片面积
。
[0009]一种可能的设计中，所述复合测量电路包括配置信号接收单元
、
积分单元
、
比较单元
、
以及延时采样单元
。
所述配置信号接收单元的第一端与所述光电转换电路耦合；所述配置信号接收单元的第二端与所述积分单元的第一端耦合，以及与所述比较单元的输入端耦合
。
[0010]所述配置信号接收单元可以在所述第一工作模式下，将所述第一电流输出至所述积分单元；在所述第二工作模式下，接收所述多个采样信号，基于所述多个采样信号的信号周期，周期性地将所述第一电流输出至所述积分单元
。
所述积分单元的第二端与第一电平耦合，所述积分单元可以用于对所述第一电流积分得到测量电压，并向所述比较单元提供所述测量电压
。
[0011]所述比较单元的输入端与所述积分单元的第一端耦合可以用于：将所述测量电压与预设的参考电压进行比较，并将比较结果信号发送至所述延时采样单元，其中，在所述测量电压小于所述参考电平时，所述比较结果信号的电平为第二电平，在所述测量电压大于或等于所述参考电平时，所述比较结果信号的电平为第三电平，所述第二电平大于所述第三电平；所述延时采样单元与所述比较单元的输出端耦合；所述延时采样单元用于：对所述比较结果信号进行采样处理，生成所述第一脉冲信号或者所述多个第二脉冲信号
。
[0012]一种可能的设计中，所述配置信号接收单元包括第一开关和第二开关
。
所述第一开关的第一端与第三电源电平耦合，所述第一开关的第二端与所述光电转换电路耦合，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端耦合，所述第二开关的第二端与所述积分单元的第一端耦合，所述第三电源电平小于所述第二电源电平；其中，当所述第一开关处于断路状态，且所述第二开关处于导通状态时，所述第一电流传输至所述积分单元；当所述第一开关处于导通状态，且所述第二开关处于断路状态时，所述第一电流传输至所述第三电源电平
。
[0013]一种可能的设计中，所述积分单元包括第一电容；所述第一电容的第一极通过所述第二开关与所述光电转换电路耦合，所述第一电容的第二极与所述第一电平耦合
。
[0014]一种可能的设计中，所述比较单元包括比较器
。
所述比较器的第一输入端与所述积分单元的第一端耦合，用于接收所述测量电压
。
所述比较器的第二输入端与所述参考电压耦合
。
所述比较器的输出端与所述延迟采样单元耦合，用于输出所述比较结果信号
。
第一电容的第一极的初始电压可以与接地的电平相同，此时比较器输出比较结果信号的电平为第二电平
。
[0015]一个示例中，在所述第一工作模式下，所述第一开关的控制端接收第一驱动信号，所述第一驱动信号为固定电平信号，用于驱动所述第一开关处于断路状态
。
所述第二开关的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种图像传感器的像素，其特征在于，包括：光电转换电路，用于基于入射在所述像素上的入射光，生成第一电流；复合测量电路与光电转换电路耦合，用于：当所述像素工作在第一工作模式时，基于所述第一电流，生成第一脉冲信号，所述第一脉冲信号表征所述入射光的强度信息；当所述像素工作在第二工作模式时，接收多个采样信号，基于所述第一电流和所述多个采样信号，生成多个第二脉冲信号；其中，所述多个采样信号与所述多个第二脉冲信号一一对应，所述多个第二脉冲信号用于表征所述入射光的相位与设定相位之间的相位偏移量，所述入射光是所述设定相位的光线入射到目标对象反射的
。2.
如权利要求1所述的像素，其特征在于，所述光电转换电路包括光电二极管；其中，所述光电二极管的阳极与第一电源电平耦合；所述光电二极管的阴极与所述复合测量电路耦合，以及与第二电源电平耦合；所述第二电源电平大于所述第一电源电平
。3.
如权利要求1或2所述的像素，其特征在于，所述复合测量电路包括配置信号接收单元
、
积分单元
、
比较单元
、
以及延时采样单元；所述配置信号接收单元的第一端与所述光电转换电路耦合；所述配置信号接收单元的第二端与所述积分单元的第一端耦合，以及与所述比较单元的输入端耦合；所述配置信号接收单元用于：在所述第一工作模式下，将所述第一电流输出至所述积分单元；在所述第二工作模式下，接收所述多个采样信号，基于所述多个采样信号的信号周期，周期性地将所述第一电流输出至所述积分单元；所述积分单元的第二端与第一电平耦合，所述积分单元用于对所述第一电流积分得到测量电压，并向所述比较单元提供所述测量电压；所述比较单元的输入端与所述积分单元的第一端耦合，用于：将所述测量电压与预设的参考电压进行比较，并将比较结果信号发送至所述延时采样单元，其中，在所述测量电压小于所述参考电平时，所述比较结果信号的电平为第二电平，在所述测量电压大于或等于所述参考电平时，所述比较结果信号的电平为第三电平，所述第二电平大于所述第三电平；所述延时采样单元与所述比较单元的输出端耦合；所述延时采样单元用于：对所述比较结果信号进行采样处理，生成所述第一脉冲信号或者所述多个第二脉冲信号
。4.
如权利要求3所述的像素，其特征在于，所述配置信号接收单元包括第一开关和第二开关；所述第一开关的第一端与第三电源电平耦合，所述第一开关的第二端与所述光电转换电路耦合，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端耦合，所述第二开关的第二端与所述积分单元的第一端耦合，所述第三电源电平小于所述第二电源电平；其中，当所述第一开关处于断路状态，且所述第二开关处于导通状态时，所述第一电流传输至所述积分单元；当所述第一开关处于导通状态，且所述第二开关处于断路状态时，所述第一电流传输至所述第三电源电平
。5.
如权利要求4所述的像素，其特征在于，在所述第一工作模式下，所述第一开关的控制端接收第一驱动信号，所述第一驱动信号为固定电平信号，用于驱动所述第一开关处于断路状态；所述第二开关的控制端接收第二驱动信号，所述第二驱动信号为固定电平信号，用于
驱动所述第二开关处于导通状态
。6.
如权利要求4或5所述的像素，其特征在于，在所述第二工作模式下，所述第一开关的控制端接收第三驱动信号；所述第三驱动信号为周期性信号，所述第一开关用于控制所述第一开关按照所述第三驱动信号的周期，在导通状态和断路状态之间交替；所述第二开关的控制端接收所述多个采样信号；其中，任一个采样信号为周期性信号，所述第二开关用于控制所述第二开关按照每个采样信号的周期，在导通状态和断路状态之间交替；其中，在所述第二开关处于导通状态时，所述第一开关处于断路状态，在所述第一开关处于导通状态时，所述第二开关处于断路状态
。7.
如权利要求3‑6中任一项所述的像素，其特征在于，所述积分单元包括第一电容；所述第一电容的第一极通过所述第二开关与所述光电转换电路耦合，所述第一电容的第二极与所述第一电平耦合
。8.
如权利要求3‑6任一项所述的像素，其特征在于，所述比较单元包括比较器；所述比较器的第一输入端与所述积分单元的第一端耦合，用于接收所述测量电压；所述比较器的第二输入端与所述参考电压耦合；所述比较器的输出端与所述延迟采样单元耦合，用于输出所述比较结果信号
。9.
如权利要求3‑8任一项所述的像素，其特征在于，所述延时采样单元包括
D
锁存器和或非门电路；所述
D
锁存器的数据输入端与所述比较器的输出端耦合，用于接收所述比较结果信号；所述
D
锁存器的时序控制输入端，用于接收第一时钟信号；所述
D
锁存器的
Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀园，张子阳，刘力源，章宦慧，廖健行，王瀛，黄鹤鸣，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：