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一种基于CPAD的双调制 频率的 像素结构

阅读：484发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种基于CPAD的双调制频率的像素结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，每个像素中包含双FD 节点，采用CPAD的方法以增大电荷转移速率，从而解决电荷转移速率过慢带来的相位信息错乱成像质量不高的问题，并采用双调制频率在既保证了探测距离的条件下，又保证了三维图像传感器的精度。，下面是一种基于CPAD的双调制频率的像素结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，其特征在于：光电探测器由一个CAPD像素中的四个电极组成，两个用于探测器收集信号，两个用于偏置以辅助更快的电荷流；VA和VB两个不同电极处接入和调制光源同频率但相位相反的调制频率CLKA和CLKB，以分别加速不同相位收集到光生电荷的转移；在得到四个不同相位的代表距离信息的电子数之后便可利用相关公式计算得出被照物体的深度信息，收集四个相位的信息以便消减来自于背景光的影响；此外，它还具有电荷转移栅极，复位晶体管，源极跟随放大器和像素选择晶体管。
2.根据权利要求1所述一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，其特征在于：电荷转移栅极管将感光用的光电二极管的N埋层与硅-二氧化硅界面隔开，使像素的暗电流大大减小，相对于3T像素新增的FD节点使得相关双采样得以实现，从而大大降低了随机噪声并抑制了固定模式噪声。
3.根据权利要求1所述一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，其特征在于：复位晶体管用于给FD节点复位，以便采集需要的曝光信号和复位信号。
4.根据权利要求1所述一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，其特征在于：源级跟随器和FD节点相连，从而获得稳定的信号。
5.根据权利要求1所述一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，其特征在于：像素选择晶体管可以选择要读取的像素信号。

说明书全文

一种基于CPAD的双调制频率的 像素结构

技术领域

[0001] 本发明涉及模拟集成电路设计领域，尤其涉及一种基于CPAD的双调制频率的像素结构。

背景技术

[0002] 图像传感器一直以来都是人类研究的热点。但是随着当代科学技术的发展，人类对于传统的2D图像传感器的要求越来越高，不仅期望有着更高分辨率，更快速度，更大的动态范围，人类更加希望能够获得物体的深度信息，但是2D成像技术现在已经不能满足人类的需求，所以应运而生了3D成像技术。基于连续波的TOF 算法简单而且测量精度高，使用较多，主要工作原理为检测发射到物体的光，再反射到图像传感器之间时间差，从而算得图像传感器和物体之间的距离。

[0003] 目前对于TOF图像传感器的研究有很大的进展，但仍有很多技术难关，如在间接TOF传感器中，在物体距离较远的情况下像素接收到的近红外光很微弱，会导致传感器成像精度大大降低；同时当像素内电荷转移速度不够快的时候，会导致调制对比度过低的现象出现，也会对传感器的成像产生影响。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，每个像素中包含双FD节点，采用CPAD的方法以增大电荷转移速率，从而解决电荷转移速率过慢带来的相位信息错乱成像质量不高的问题，并采用双调制频率在既保证了探测距离的条件下，又保证了三维图像传感器的精度。

[0005] 一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，光电探测器由一个CAPD像素中的四个电极组成，两个用于探测器收集信号（DETA和DETB），两个用于偏置以辅助更快的电荷流。VA和VB两个不同电极处接入和调制光源同频率但相位相反的调制频率CLKA和CLKB，以分别加速不同相位收集到光生电荷的转移。在得到四个不同相位的代表距离信息的电子数之后便可利用相关公式计算得出被照物体的深度信息，收集四个相位的信息以便消减来自于背景光的影响。此外，它具有一些功能晶体管，其具有电荷转移栅极（TRG），复位晶体管（RST），源极跟随放大器（AMPA和AMPB）和像素选择晶体管（SEL）的作用。

[0006] 其中，电荷转移栅极管将感光用的光电二极管的N埋层与硅-二氧化硅界面隔开，使像素的暗电流大大减小，相对于3T像素新增的FD节点使得相关双采样得以实现，从而大大降低了随机噪声并抑制了固定模式噪声。复位晶体管用于给FD节点复位，以便采集需要的曝光信号和复位信号；源级跟随器和FD节点相连，从而获得稳定的信号；像素选择晶体管可以选择要读取的像素信号。

[0007] 另外，在此像素中采用了双调制频率，图2中（a）显示了操作顺序。较低频率f1（例如，80MHz）获得第一阶段，然后较高频率f2（例如，100MHz）获得相位。最后，应用消除和组合来自频率f1和f2的相位的公式以产生最终深度结果。最终计算深度的不确定性（抖动）与使用频率（f1 + f2）/ 2（例如，90MHz）的组合积分时间大致相同，如图2中（b）所示。可以证明，可以进行明确操作的范围比f1或f2大许多倍（例如，操作范围通常与f1-f2成比例，在这种情况下，f1-f2是100MHz-80MHz=20MHz）。

[0008] 一种基于CPAD的双调制频率的像素结构，避免了四帧二维图像信息出一帧三维深度信息的速度过慢问题，同时利用电流辅助光子解调器加快了曝光时电荷转移速率，避免出现因电荷转移不干净对成像产生的噪声问题；双调制频率以较低调制频率来探测物体大致距离，然后以较高调制频率获得物体的精确深度信息，这样既保证了传感器的探测距离，又在距离的基础上提高了传感器的精度，同时也不会增加曝光时间，避免曝光时间过长带来的模糊等成像问题。附图说明

[0009] 图1是本发明CPAD双FD像素结构图；图2是TOF多序列操作序列图。

具体实施方式

[0010] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。

[0011] 整个像素由于包含双FD节点，所以画版图时，此像素面积会比普通图像传感器面积大一些，但最好不大于12um，面积过大会导致寄生效应问题出现，并且工艺厂制作时，采用背照式工艺会比正照式有更好的感光效果，在此工艺下，像素的调制对比度随调制频率增大而衰减的比率会减小很多。

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