[发明专利]飞行时间成像像素中的读出电压不确定度补偿

说明书

呈现了一种飞行时间传感器中的像素布置，包括建立与入射光有关的电荷的感测元件，累积转移自感测元件的集成电荷的电荷存储元件，以及被配置成建立测量电压的扩散节点，该测量电压表示转储自电荷存储元件的集成电荷。像素布置包括模拟域输出电路系统，该模拟域输出电路系统包括存储测量电压的测量电容元件，以及存储在测量阶段之前执行的复位阶段期间在扩散节点处建立的复位电压的复位电容元件。模拟域输出电路系统从所存储的测量电压中减去所存储的复位电压以便处理成像素输出电压，这至少部分地减小像素布置的读出电压不确定度。

背景

数字成像传感器在许多设备和系统中(诸如在数字相机中)被采用以捕捉图像。成像传感器采用检测像素的大型半导体阵列，其可包括电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，等等。成像传感器可被配置成捕捉跨越可见光和红外光范围两者的电磁频谱的范围。

专用成像传感器可被用于飞行时间(ToF或TOF)相机系统。ToF感测设备共享可见波长传感器(诸如RGB成像传感器)的某些方面，但也具有一些独特的特性。ToF相机使用精确定时的光发射来测量场景的三维表示，以通过成像传感器进行测量或检测。一些ToF系统在集成的像素阵列中使用差分像素结构，其可以在相关联的检测阶段期间检测入射光。这些ToF相机可以在其中标识场景中的各对象之间的相对深度是有用的应用中被采用，诸如交互式游戏设备、虚拟现实设备、增强现实设备、工业控制、医疗扫描仪或其他设备。

概览

一种飞行时间传感器中的像素布置，包括建立与入射光有关的电荷的感测元件，累积转移自感测元件的集成电荷的电荷存储元件，以及被配置成建立测量电压的扩散节点，该测量电压表示转储自电荷存储元件的集成电荷。像素布置包括模拟域输出电路系统，该模拟域输出电路系统包括存储测量电压的测量电容元件，以及存储在测量阶段之前执行的复位阶段期间在扩散节点处建立的复位电压的复位电容元件。模拟域输出电路系统从所存储的测量电压中减去所存储的复位电压以便处理成像素输出电压，这至少部分地减小像素布置的读出电压不确定度(诸如kTC噪声)。

提供本概览以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念的选集。可以理解，本概览并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

附图简述

参考以下附图可更好地理解本公开的许多方面。尽管结合这些附图描述了若干实现，但是本公开不局限于本文中所公开的这些实现。相反，意图是要覆盖所有的替换方案、修改和等价物。

图1例示了一实现中的飞行时间相机环境。

图2例示了一实现中的飞行时间感测系统的系统图。

图3例示了一实现中的像素结构的顶视图。

图4例示了一实现中的像素结构的顶视图。

图5例示了一实现中的像素结构的横截面视图。

图6例示了用于在实现中操作成像传感器的各示例。

图7例示了用于在实现中操作成像传感器的各步骤。

图8例示了适用于实现本文中所公开的任何架构、过程、方法和操作场景的示例控制器。

详细描述

诸如可见红-绿-蓝(RGB)波长成像传感器、二维(2D)成像传感器和基于飞行时间(ToF)的三维(3D)成像传感器之类的成像传感器已在消费产品、工业自动化、医疗成像、汽车驾驶辅助、科学成像、虚拟现实系统、增强现实系统以及游戏控制台和其他相关领域中找到了多种应用。例如，ToF传感器可通过使用用于测量的精确定时的主动照明以及专用的差分像素结构来传递3D图像。尽管ToF成像系统可采用各种波长的光，但是在本文的许多示例中将讨论红外(IR)光。应该理解，可采用其他波长的光。