[发明专利]用于直接飞行时间测量的CMOS图像传感器

权利要求书

1.一种用于检测具有给定脉冲持续时间τ的光脉冲的发生时间的CMOS成像传感器，包括：

·像素，每个像素(P)的像素结构至少包括：

-作为电流源操作的光检测器(PhD)，

-在感测节点(SN)和所述光检测器之间串联连接的转移晶体管(T_TX)，

-非线性电阻器(R)，其不被包括在所述转移晶体管(T_TX)中，并且在所述像素的电压供应节点(V_DD-P)和所述感测节点(SN)之间连接并连续操作，

-所述感测节点(SN)是电容性感测节点，

·控制电路(100)，其用于控制至少一个所选像素(P)中的测量阶段，以用于测量光脉冲到达所述像素中的光检测器的发生时间，其中在所选像素中，基准电压被施加到所述电压供应节点，并且所述转移晶体管在整个测量阶段都是导通状态，然后作为光检测器节点(PN)和所述感测节点(SN)之间的去耦元件进行操作的转移晶体管和与所述感测节点处的电容(C)组合的非线性电阻器形成了RC电路，所述RC电路具有低通滤波功能和高频积分功能，并且在所述感测节点处产生电压信号(V_SN)，所述电压信号具有至少包括高频范围内的脉冲位置信息的主信号分量以及主要集中在与所述高频范围隔开的低频范围内的噪声分量，以及

·来自所选像素的感测节点的电压信号的读出电路，其至少包括：

-模数转换器(300)，其针对所述脉冲宽度持续时间应用高采样时间，和

-滤波装置(F)，其被配置为连续应用带通滤波器或高通滤波器中的至少一种，在模数转换之前或之后，具有增加在所述主信号分量周围的至少频带中的信噪比的效果。

2.根据权利要求1所述的CMOS成像传感器，其中，所述非线性电阻器是与所述转移晶体管(T_TX)不同的复位晶体管(T_RS)，所述复位晶体管在所选像素的亚阈值区域中操作，所述复位晶体管还被用作开关并且被导通以将所述感测节点(SN)维持在未选择的像素中的基准电压。

3.根据权利要求2所述的CMOS成像传感器，其中，所述控制电路被配置为通过控制栅极信号(RST)或施加到所述像素的电压供应节点的基准电压(V_{DD_RST})中的至少一个，将所述晶体管操作为所选像素中的非线性电阻。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的CMOS成像传感器，其中，在所述未选择的像素中，所述转移晶体管还被设置为导通模式。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的CMOS成像传感器，其中，在像素的感测节点处的电容不超过5毫微微法拉。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的CMOS成像传感器，其中，所述滤波装置(F)在所述模数转换器中被实施为在采样和保持电路(301)之后并且在数字化电路(302)之前。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的CMOS成像传感器，其中，所述滤波装置(F)以数字化方式实施并且对所述模数转换器(300)提供的数字化样本进行操作。

8.根据权利要求7所述的CMOS成像传感器，其中，所述数字化装置通过计算两个连续采样信号之间的差来实现高通滤波器。

9.根据权利要求7所述的CMOS成像传感器，其中，滤波器是数字滤波器，其被配置为提取高频范围内的信号信息的脉冲位置和振幅以及至少低频范围内的背景光噪声。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的CMOS成像传感器，还包括在所选像素的感测节点(SN)和所述读出电路(300)之间的至少一个功率放大器(200)，所述功率放大器具有高阻抗输入和阻抗输出，从而匹配到所述读出电路的输出线(CL)的阻抗。