[发明专利]光学传感器设备和用于操作飞行时间传感器的方法

说明书

本发明公开光学传感器设备和用于操作飞行时间传感器的方法。光学传感器设备，其可以是飞行时间传感器，包括具有多个像素的像素阵列。此外，光学传感器设备包括配置成从第一和第二像素提供光生电荷载流子以供读出的读出节点，和配置成使能通过使用读出节点对第一像素的读出的第一传输门，以及用以在第一像素的读出期间禁用第二像素的读出的第二传输门。

技术领域

本公开一般地涉及集成电路领域，更具体地涉及采用光电门结构进行光生电荷载流子的重定向和光电门结构的布置的光学传感器的领域。另外的实施例示出传输门光混合设备。

背景技术

用于深度成像的光学传感器并且具体地，飞行时间光学传感器遭受针对表示飞行时间的电信号的相对高的（即，差的）信噪比，所述飞行时间是电磁信号（诸如例如光）从有源照射源行进到对象然后返回或者更向前行进到光传感器所需要的时间。信号可以通过照射源的幅度调制和光学传感器中的图像关系来形成。取决于与照射源的相位关系，仅光生电荷载流子中的一小部分朝向电荷积分节点定向，该光生电荷载流子中的一小部分在某个积分时间之后被读出。由于该电荷是小的，难以从电子读出电路获得相对于噪声源的大信号电压。

因此，飞行时间传感器的当前设计暴露信号质量中的本质限制，以及因此飞行时间测量的精度中的本质限制。

因此，需要用以形成具有改进的信号质量的飞行时间传感器的改进的概念。

发明内容

光学传感器设备，其可以是飞行时间传感器，包括具有多个像素的像素阵列。此外，光学传感器设备包括配置成从第一和第二像素提供光生电荷载流子以供读出的读出节点和配置成使能通过使用读出节点对第一像素的读出的第一传输门（transfer gate）以及用以在第一像素的读出期间禁用第二像素的读出的第二传输门。

传输门可以集成到光学传感器结构中，将浮动二极管（或读出节点）与分离门下方的（电荷）存储区分离。因此，传输门可以在电荷载流子的读出期间使读出节点与存储区之间的势垒移位或降低，并且在感测模式期间，或者更一般地如果在当前像素处禁用电荷载流子的读出，允许读出节点和存储区之间的势垒使得电荷载流子不能从存储区传输到读出节点。由于传输门可以以使得它实现全局快门动作这样的方式来控制，因此它可以取代读出电路中的保持开关，该保持开关典型地用于将处理之前测量的电荷载流子的读出电路的实际评估或分析部分与在当前测量处生成的电荷载流子分离。在另外的实施例中，传输门可以提供如下机会：使光生电荷载流子与读出节点和因此与读出电路分离，使得可以在像素的存储区中发生载流子收集的同时执行读出节点（和读出电路）。

此外，如果共同读出节点连接到飞行时间传感器的两个（或更多）像素以执行来自两个像素的电荷载流子的接连读出，则节省半导体衬底的更多（或更大）的面积。每一个像素的传输门位于（共同）读出节点和每一个像素的存储区之间。因此，与针对传感器的每一个像素具有一个读出节点相比，如果两个相邻像素连接到共同读出节点，则节省一个读出节点的面积。

根据另外的实施例，光学传感器设备包括具有至少三个像素的像素阵列。因此，读出节点配置成从所述至少三个像素提供光生电荷载流子以供读出。另外的读出节点配置成从所述至少三个像素提供另外的光生电荷载流子以供读出，其中所述另外的光生电荷载流子与所述光生电荷载流子不同。更具体地，所述另外的光生电荷载流子可以通过处于与用于解调生成所述光生电荷载流子的电磁信号的相位不同的相位的入站电磁信号的解调来生成。换言之，所述光生电荷载流子和所述另外的光生电荷载流子是分别使用具有第一相位和第二相位的入站电磁信号（诸如例如光）（例如，通过内部光电效应）而生成的。此外，所述至少三个像素中的每一个像素包括传输门，其配置成从像素中的每一个的存储区向读出节点并且因而向读出电路（如果读出电路连接到读出节点的话）提供光生电荷载流子。