具有分隔像素和存储阵列的解调传感器制造技术

一种解调成像传感器，比如用于飞行时间（TOF）照相机，把所有存储和进行后期处理有关的步骤，从像素抽取到另一存储阵列及在芯片上的处理元件（Proxels）。像素阵列负责光检测、第一处理和中间存储的任务，而存储阵列和处理元件单独地为每一像素提供进一步的处理和加强储存能力。该结构可用于解决因像素尺寸的缩小而引起的寻址问题。一般地，感光度或信号存储电容其一会遭受重大的损失。感光度下降和更小的存储电容均对图像质量有负面的影响。本发明专利技术的结构使存储电容能不受像素缩小的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有分隔像素和存储阵列的解调传感器。本申请要求2010年I月6日提交的61/292588临时专利申请根据美国35USC119 (e)的权益，其全文通过引用并入本文中。
技术介绍
电子成像传感器通常具有m X n感光像素阵列，其行X〉= I且列y>=l。阵列的每一个像素可由专用的读出电路独立寻址，对应于以列为顺序方向和以行为顺序进行选中。可选地在传感器上集成用于信号后期处理的单元。一般地该像素有四个基本功能光的检测、信号处理、信息存储，以及模拟或数字转换。这些功能中的每一个耗费芯片上的某一区域。 一种特殊群体的智能像素，被称作解调像素，因其三维(3D)成像的目的而被熟知。这种解调像素的其他应用包括荧光寿命期成像(FLIM)。典型地，这些解调成像传感器的像素通过同步抽样或与信号互相关联来解调入射光信号。因此，更准确地说该信号处理功能是被一取样器或一相关器代替。所述取样或相关过程的输出是对应每个像素的数量为n的不同的电荷包或样值(A0、Al、A3...)。从而，信息存储需要使用到n个存储位置。在模拟领域，典型的像素输出是由标准源跟随器放大来完成的。然而，模-数转换器也可以在像素-级上集成。解调传感器的成像质量定义为每一像素的测量不确定度。与标准二维(2D)成像传感器类似，更大数目的信号载体将改善信号-噪声比由此改善成像质量。对于三维成像传感器，更多的信号载体代表更低的距离不确定度。通常，距离测度标准偏差表示为信号A或该信号的平方根之一的反比，视乎光量子散粒噪声是否占优势而定。a oc 4 \ A如果光量子散粒噪声是占优势的；era -如果其他噪声源占优势。
技术实现思路
一个对于所有用于解调传感器的解调像素的共同问题(例如对于TOF成像或FLIM，或其他方面的)，在试图缩小像素大小以实现更高像素点数时出现。由于所述存储结点要求占用像素中的某一区域，以求保持足够的存储容量和由此的成像质量，像素的占空系数会受与移动到这些更大阵列中相关的缩小过程的影响。因此，在为获得一定成像质量而需要的存储区和以占空系数的参数来表示的像素的感光度之间存在一平衡。在能达到的最低成像质量的情况下，像素的最小尺寸由总存储区的最小尺寸给定。在三维成像中，典型地有数以十万到几百万的电荷载体(即电子)需要被储存以获得厘米与下至毫米级别的分辨率。这样的性能需求，首先其意思是存储结点一般地覆盖像素中数百平方微米的区域，随后，若没有距离分辩率和准确度方面的妥协，10微米或更小的像素间距变得几乎不可能。如果额外的后期处理逻辑将集成到每一像素上，上述的平衡问题变得更关键。这样的后期处理可以包括，例如模数转换、共用信号相减的逻辑、积分器和微分器等列举的一些例子。解调像素的另一个难题是，清楚地衍生碰撞电磁波的特征所需要的采样值数目。使用一正弦调制载波信号，该波的特征是其振幅A、偏移B和相位P。因此，在这种情况下，每一周期至少要获得三个采样值。然而，为了设计和稳定性的理由，最常用的系统使用四个采样值。要实现能够捕获和储存n=4的采样值的一像素，通常需要每一像素的电子增加4倍，如存储和读出电子。结果是进一步增加每一像素的电子和进一步减少占空系数。为了避免这种灵敏度损失，最常用的方法是使用所谓的2-拍像素，其是解调像素，能够在同一周期内采样和存储两个采样值。这类像素结构在灵敏度方面是理想的，因 为所有的光电子被转换为信号而没有光被浪费，但是另一方面，其要求至少两个后续的测量以获得四个采样值。由于采样失配及其他非理想化状况，甚至需要四次成像来抵消或至少减少像素失配。这样的一种方法已经在美国专利7462808中由Lustenberger、Oggier>Becker和Lamesch介绍，标题是用于在相位测量系统中冗余距离测度和失配抵消的方法与装置，其全文以参考的方式结合到本文中。拍摄若干图像并合成出一个深度图像时，场景中的运动或一移动的照相机将在测量的深度图中渲染出伪像。期间内有越多不同的采样值不相连，运动伪像就会越严重。本专利技术要解决的问题是，缩小像素尺寸，通过把存储结点做的更小，不显著地减低像素的占空系数且不危及成像质量。该解决方案还提供了几乎任意的任何额外的后期处理电路的集成的可能性，所述电路独立地用于每个像素的信号。此外，其可以把飞行时间(TOF)相机的运动伪像减到最低。大体来说，根据其中一个方面，本专利技术具有一种解调传感器，包括一像素阵列，所述像素阵列包括每个生成至少两个采样值的像素，以及一存储或Proxel阵列，其包括处理和/或存储元件，每一存储元件从所述像素中对应的其中一个接收至少两个采样值。在实施例中，所述像素包括感光区域，入射光在所述感光区域中产生电荷载体，所述像素还包括把所述电荷载体在多个存储位置之间转移的解调器/相关器。优选地，设置有一转移系统，所述转移系统把由所述像素产生的采样值转移到对应的存储元件。例如，所述转移系统对采样值进行模数转换，所述采样值由所述存储元件接收。在某些情况下，所述存储元件监视对应饱和接收采样值的存储结点。还可以设置不同尺寸的存储结点，其接收所述采样值。失配抵消还可以跟随后期处理一起执行，以确定深度信息。大体上，根据另一方面，本专利技术具有一种飞行时间照相机系统，包括一产生调制光的光源和一解调传感器。所述传感器包含一像素阵列，所述像素阵列包括每个生成至少两个所述调制光采样值的像素，以及一存储阵列，其包括存储元件。每一存储元件从所述像素中对应的其中一个接收至少两个采样值。大体来说，根据另一方面，本专利技术具有一种解调方法，包括检测在一像素阵列中的调制光，所述像素阵列包括每个生成所述调制光的至少两个采样值的像素，把所述的至少两个采样值从每一像素转移到一存储阵列，以及在存储阵列的存储元件中接收来自所述像素中对应的其中一个像素的至少两个采样值。上述及其他本专利技术的特征，包括各种不同的新颖结构的细节和部件的组合，及其他优点，将参照附图进行更具体的描述，并在权利要求中指出。应理解，把本专利技术具体化的独特方法和装置以示例的方式展示，其并不作为对专利技术的限制。本专利技术的原理和特征可由不超出本专利技术范围的各种和多个实施例所采用。附图说明在附图中，附图标记指代不同视图的同一部件。附图不进行不必要的按比例缩放；取而代之的是其重点在于说明本专利技术的原理。附图说明如下图I所示为一电子成像传感器的原理图，其包括一感光的像素阵列和一分隔的存储或Proxel阵列，所述分隔的存储或Proxel阵列提供附加处理功能，以及对每一个像素的 最后的存储和读出的能力；图2所示为飞行时间照相机的基本原理；图3为一方框图，其显示了一般的解调像素的功能；图4为一方框图，其显示了一般的Proxel的功能；图5为一原理图，其显示了具有一个像素矩阵和两个Proxel阵列的一电子成像传感器，用于缩短把信息从所述像素移转到所述Proxel所需的时间。图6为一电路图，其显示了 Proxel用于在模拟领域中的电荷储存；图7为一电路图，其所示为带有积分时间控制特征的Proxel ；图8为一电路图，其所示为带有不同输出灵敏度的Proxel ；图9为一电路图，其所示为带有直流信号抑制电路的Proxel ；图10为一电路图，其所示为具有增加对每一解调像素的采样数目的能力的Pro本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：B·比特根，T·欧吉尔，
申请(专利权)人：美萨影像股份公司，
类型：
国别省市：