[发明专利]基于动态门限电压的像素单元与光电调制方法及其应用

说明书

本发明提供了一种基于动态门限电压的像素单元与光电调制方法及其应用，光电转换模块于将入射光通过光电转换产生光生电荷载流子，入射光包括接收辐射和背景光，接收辐射包括激光辐射和背景光；传输模块，将激光辐射和背景光产生的光生电荷载流子通过空间分离分别存储至两个一级节点中；门限受控传输模块，将一级节点中激光辐射产生的光生电荷载流子传递至二级节点中，并将背景光产生的光生电荷载流子留在一级节点中；门限受控传输模块包括门限电压，门限电压与一级节点中存储的背景光产生的光生电荷载流子的电压值相同。本发明将一级节点收集到的光生电荷载流子通过门限电压进行控制，去除背景光信息,提高背景光抑制效果。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种基于动态门限电压的像素单元与光电调制方法及其应用。

背景技术

随着科技的发展，人们对光学的研究越来越深入，其中激光测距技术具有精度高、测量速度快等优点，被广泛应用于汽车、人工智能、游戏、机器视觉等行业领域。在进行测距时一般采用飞行时间(time-of-flight，TOF)测距法，飞行时间测距方法的目标是测量实时信息，需要调制光源和高精度的接收器，其原理是光源发出调制光波，光照射到目标上并反射回来，高精度的接收器接收到反射光，通过计算光发射到接收器接受反射光的时间，就可以计算出目标的距离，这一过程中光传播的距离其实是目标距离的两倍，因为光的传播速度很快，所以这一方法对接收器的速度和灵敏度有较高的要求，此外光源和接收器必须同时工作才能实现功能，因此TOF测距法需要光源和接收器的配合。

在例如测距、高动态、高帧频等特种成像领域，一般都需要将背景光、暗电流、噪声等共模偏移量与有效接收信号进行像素级分离，以确保最佳的图像信噪比，但没有优化的PPD器件、传输栅与单Tap存储节点不能实现对接收有效光信号的调制，背景光等共模信号无法从接收有效信号中分离，无法实现高性能的图像信号输出与应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种像素单元与光电调制方法及其应用，解决现有技术中远距离测量时在背景光中回波信号微弱使得无法有效分离背景光信息的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于动态门限电压的光电调制方法，包括以下步骤：

入射光通过光电转换产生光生电荷载流子，所述入射光包括接收辐射和背景光，所述接收辐射包括激光辐射和背景光；

所述接收辐射和背景光产生的光生电荷载流子通过空间分离分别存储至两个一级节点中；

将一级节点中激光辐射产生的光生电荷载流子传递至二级节点中，并将背景光产生的光生电荷载流子留在一级节点中；所述一级节点和二级节点之间设置有门限电压，所述门限电压与一级节点中存储的背景光产生的光生电荷载流子的电压值相同。

进一步地，所述光电转换在光电转换模块中发生；

所述光生电荷载流子通过传输模块传递至两个一级节点之一；

所述一级节点和二级节点之间设置有门限受控传输模块；

所述传输模块通过调制信号调节其开通和关断。

进一步地，所述光电转换模块包括钳位电压，所述一级节点包括一级节点电压，所述二级节点包括二级节点电压，其中钳位电压小于一级节点电压，一级节点电压小于二级节点电压。

进一步地，所述传输模块包括一级关断电压和一级导通电压，所述门限受控传输模块包括二级关断电压和门限电压，其中一级关断电压和二级关断电压相同，一级导通电压和门限电压均大于钳位电压并小于一级节点电压。

进一步地，所述一级节点、二级节点中存储的光生电荷载流子通过缓冲器读取，并通过缓冲器分别将其转换为电压值。