解调像素体系结构允许解调通常为可见光或者红外光的入射经调制电磁波。其基于连接到漂移场结构的电荷耦合器件（ＣＣＤ）线。漂移场暴露于入射光。其收集生成的电荷且强制电荷移动至拾取点。在此拾取点处，ＣＣＤ元件针对给定时间对电荷进行采样，且然后在菊花链中进一步转移电荷包。在优选实施例中，在转移一定量之后将多个电荷包存储在所谓的积分栅中。积分栅数量给出同时可用抽头的数量。当循环重复若干次时，电荷在积分栅中积累且因此信噪比增大。体系结构中抽头的数量是灵活的。转储节点可附连到ＣＣＤ线以便用与采样速度相同的速度转储电荷。本文中描述了不同的实施方式，其允许更小设计或者更快速度。像素结构可开发用于例如３Ｄ飞行时间成像。外差测量或者零差测量两者都可行。由于通过光敏区中的静漂移场和ＣＣＤ链中的小型栅实现了高效电荷传输，因此从数赫兹（Ｈｚ）到高达ＧＨｚ的高频带宽得到支持。因此，像素允许高精度光距离测量。此像素体系结构的另一可能应用是荧光使用期成像显微镜（ＦＬＩＭ），其中用于触发荧光的短激光器脉冲需被抑制。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
在像素级对调制光进行解调要求切换光生电荷电流。虽然有可能处理电子以及空穴电流两者，当前的通用方法使用光生电子电流。作出这一选择很大程度上归因于在半导体材料中电子迁移率更高。一些像素体系结构基于光电流进行必要的信号处理，而其它则直接在电荷畴中工作。所有像素体系结构通过光敏检测区将光电荷传输到后继存储区或者后继处理单元。在基于电荷畴的像素体系结构的情况中，光电荷通常转移到积分节点。为了解调光信号，像素必须包含在不同时间间隔期间积累光生电荷的至少两个积分节点。已在过去的几十年中实现了不同的像素概念。像素内解调传感器的基本原理由ThomaS Spirig和Peter SeitZ在US 5，856，667中第一次描述。传感器的每个像素都具有光敏区和与各积分位点相关联的传输门或开关。传感器使得入射光信号的像素内采样能够具有理论上任意数量的样本。另一类似像素概念由T．UShinaga等人在“具有背光电荷排放结构的Ov()A一大小CM。S飞行时间距离图像传感器(A Qv()A—SiZe CM。Stime一。f—f“ght range image SenS。rWith baCkgr。und“ght Charge drainingStruCture)”，三维图像拍摄及应用VII，SP工E会议记录，卷6056，第34—4l页，2006年中描述。在此，使用厚场氧化物层以使在解调栅下的电位分布模糊。以上所述像素体系结构的共同问题是通过半导体材料的电荷传输慢。这大大降低像素内解调处理的质量。在所有像素结构中，有限传输速率是半导体衬底中的逐步电位分布，该电位分布用于横向地从光敏区穿过半导体向外传输电荷。在那些配置中，热扩散主导传输速率，而不由逐步电位分布导致的横向电漂移场的移动来主导。 最近，已提出用于加速电荷的像素内传输的新方案。由Peter SeitZ在US7，498，62l B2中描述的一个示例通过使电流穿过极高阻抗多晶硅栅电极来生成横向电漂移场，其意图在于产生更平滑的电位分布。类似地，D．Van NieuWenh。Ve等人所写的“将多数载流电流用于将光生电子导向检测结的新颖标准CM。S检测器(N。Vel Standard CM。SDeteCt。r uSing Maj。rityCurrent f。r guiding Ph。t。一Generated EleCtr。nS t。WardSDeteCting丁unCti。nS)”(工EEE／LE。S比荷卢经济联盟分会会议记录，2005)引入了另一漂移场像素，其中衬底中的漂移场由多数载流子的电流生成。为了执行光生少数载流子的解调，该多数载流电流通过调制信号动态地控制。但是以上所述的漂移场像素概念存在缺点。第一，解调要求切换大电容，因为需要动态地控制整个敏感区。第二，电子电流用于生成漂移场，其导致显著的像素内功耗。替代像素概念使用静漂移场像素。在题为“在图像传感器中使用的大面积像素 (Large-area pixel for use in an image sensor)，，的欧专禾E^itEP 1 624 490 Al 中所描述的该体系结构克服了这两个问题。与之前所提及的体系结构相反，其分离像素内的检测区和解调区。其示出更低功耗，且同时其支持快速像素内横向电荷传输和解调。解调像素的一个主要应用可在实时3D成像中找到。通过解调光信号以及对样本应用离散傅里叶分析，可针对感兴趣的频率提取诸如振幅和相位的参数。举例而言，如果正弦调制光信号，则基于至少三个离散样本的提取将导致偏移、振幅、以及相位信息。相位值按比例地对应于所寻距离值。这种谐波调制方案常用于包含有解调像素的实时3D成像系统中。这些像素体系结构的另一可能应用是荧光寿命成像显微镜(FLIM)，其中短激光脉冲用于触发荧光。逐个像素距离测量的精度与调制频率直接成比例。因此，从光敏区到存储位点的高速电荷传输对于高精度相位测量而言最重要。
技术实现思路
电流解调像素通常需要在高采样频率和取得的样本数量之间权衡。在多数可在市场上买到的像素中，光电荷每个像素仅存储在两个存储位点中以便于最大化采样频率。本专利技术具有高速采样频率和相对大量样本两者的能力。其有可能通过使用静漂移场使光敏区与后继存储位点菊花链组合来实现。基于该像素体系结构的传感器允许开发全新应用，其中诸多样本需要在极高速度下采集。一个示例为基于飞行时间(time-of-flight)原理的亚微米伪噪声3D成像。本专利技术的实施例可具有几乎任何数量的样本节点。迄今为止，具有两个以上采样存储位点的解调像素的实现大大受阻于集成电路设计布局规则限制。因为，解调区优选为比光敏区小很多，所以在多数情况下，解调区不提供用于实现两个以上采样级设计的充分空间。此外，实施例可减少不同采样沟道的不匹配问题。不同样本的性状不匹配主要由对于不同样本的不同方向光电荷传输造成。在此，所有采样可在半导体晶格的相同方向上执行。换言之，不必改变传输方向，且因此可大大降低样本之间的不匹配。通常，根据一个方面，本专利技术的特征为一种像素，该像素包括光敏区，在光敏区中入射光转换为光电荷，光敏区中的横向漂移场将光电荷传输到拾取点；以及电荷存储位点链，该电荷存储位点链在拾取点处接收来自光敏区的光电荷，对应于不同时间间隔的光电荷通过该链的后续电荷存储位点传递。通常，根据另一方面，本专利技术的特征为一种光采样方法，该方法包括将入射光转换为光电荷；用横向漂移场将光电荷传输到存储位点链的起始处；以及使光电荷作为对应于不同时间间隔的电荷包移动通过链的后续电荷存储位点。通常，根据另一方面，本专利技术的特征为一种包括一维或两维像素阵列的传感器，其中各像素包括光敏区，其中入射光转换为光电荷且用横向漂移场传输；电荷存储位点链，其接收来自光敏区的光电荷，对应于不同时间间隔的光电荷通过该链的后续电荷存储位点传递。通常，根据另一方面，本专利技术的特征为一种成像系统，其包括用于以表征为调制周期的经调制光信号照明场景的光源，以及用于检测来自场景的经调制光信号的传感器， 该传感器包括像素阵列，各像素包括光敏区，其中入射光转换为光电荷；以及电荷存储位点链，其接收来自光敏区的光电荷，对应于调制时间周期内的不同时间间隔的光电荷通过该链的后续电荷存储位点传递。通常，根据又一方面，本专利技术的特征为一种像素，其包括光敏区，其中入射光转换为光电荷；电荷存储位点链，其在拾取点处接收来自光敏区的光电荷，对应于不同时间间隔的光电荷通过该链的后续电荷存储位点传递；以及与相应电荷存储位点相关联的电荷积分位点，光电荷从电荷存储位点传输到相关联电荷积分位点。通常，根据又一方面，本专利技术的特征为一种光采样方法，其包括将入射光转换为光电荷；将光电荷传输到电荷存储位点链的起始处；使光电荷作为对应于不同时间间隔的电荷包移动通过该链的后续电荷存储位点；在与相应存储位点相关联的积分位点中对来自不同周期内的相同时间间隔的电荷包进行积分。通常，根据另一方面，本专利技术的特征为一种包括一维或两维像素阵列的传感器，其中各像素包括光敏区，其中入射光转换为光电荷；电荷存储位点链，其接收来自光敏区的光电荷，对应于不同时间间隔的光电荷通过该链的后续电荷存储位点传递；以及与相应电荷存储位点相关联的电荷积分位点，光电本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种像素，包括：光敏区，其中入射光转换为光电荷，所述光敏区中的横向漂移场将所述光电荷传输到拾取点；以及电荷存储位点链，其在所述拾取点处接收来自所述光敏区的光电荷，对应于不同时间间隔的所述光电荷通过所述链的后续电荷存储位点传递。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·莱曼，
申请(专利权)人：美萨影像股份公司，
类型：发明
国别省市：CH
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