[发明专利]TOF图像传感器像素结构及TOF成像系统

权利要求书

1.一种TOF图像传感器像素结构，其特征在于，包括光电二极管，与所述光电二极管分别耦接的第一读取控制单元、第二读取控制单元;其中：

所述光电二极管用于累积光电效应产生的电荷以响应入射光；

所述第一读取控制单元与所述第二读取控制单元均分别包括传输晶体管、双转换增益控制单元、复位晶体管及输出单元；其中：

所述复位晶体管的第一端耦接至第一电压源，所述双转换增益控制单元耦接于所述复位晶体管的第二端与对应的浮动扩散节点之间；所述复位晶体管用于根据复位控制信号重置所述浮动扩散节点的电压；所述双转换增益控制单元用于实现增益控制和电荷存储；

所述光电二极管通过所述传输晶体管耦接至对应的浮动扩散节点，所述传输晶体管用于将所述光电二极管累积的电荷转移至所述浮动扩散节点；

所述输出单元耦接至对应的浮动扩散节点，用于对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出；

其中，所述第一读取控制单元的传输晶体管与所述第二读取控制单元的传输晶体管在所述光电二极管的曝光过程中交替导通以交替地将所述光电二极管累积的电荷转移至对应的浮动扩散节点；所述第一读取控制单元的传输晶体管与所述第二读取控制单元的传输晶体管在光电二极管的曝光过程中交替导通的相位相差π。

2.如权利要求1所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述双转换增益控制单元包括双转换增益控制晶体管以及双转换增益电容器，所述双转换增益控制晶体管耦接于所述复位晶体管的第二端与对应的浮动扩散节点之间；所述双转换增益电容器的第一端子耦接在所述双转换增益控制晶体管与复位晶体管之间的节点，其第二端子连接至固定电平。

3.如权利要求2所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述双转换增益电容器为单独的电容器件或者为所述复位晶体管与所述双转换增益控制晶体管的连接点对地的寄生电容。

4.如权利要求1所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述输出单元包括放大器，所述放大器耦接在对应的浮动扩散节点与列输出线之间，用于对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出。

5.如权利要求4所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述放大器为源极跟随晶体管，所述源极跟随晶体管的栅极耦接至所述浮动扩散节点，其漏极耦接至第一电压源，其源极耦接至列输出线。

6.如权利要求4或5所述的TOF图像传感器像素结构，其特征在于，所述输出单元还包括行选择晶体管，所述放大器通过所述行选择晶体管耦接至列输出线。

7.一种TOF成像系统，其特征在于，包括像素阵列，所述像素阵列按行和列排列；所述像素阵列中的每个像素均包括光电二极管，与所述光电二极管分别耦接的第一读取控制单元、第二读取控制单元;其中：

所述光电二极管用于累积光电效应产生的电荷以响应入射光；

所述第一读取控制单元与所述第二读取控制单元均分别包括传输晶体管、双转换增益控制单元、复位晶体管及输出单元；其中：

所述复位晶体管的第一端耦接至第一电压源，所述双转换增益控制单元耦接于所述复位晶体管的第二端与对应的浮动扩散节点之间；所述复位晶体管用于根据复位控制信号重置所述浮动扩散节点的电压；所述双转换增益控制单元用于实现增益控制和电荷存储；

所述光电二极管通过所述传输晶体管耦接至对应的浮动扩散节点，所述传输晶体管用于将所述光电二极管累积的电荷转移至所述浮动扩散节点；

所述输出单元耦接至对应的浮动扩散节点，用于对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出；

其中，所述第一读取控制单元的传输晶体管与所述第二读取控制单元的传输晶体管在所述光电二极管的曝光过程中交替导通以交替地将所述光电二极管累积的电荷转移至对应的浮动扩散节点；

所述第一读取控制单元的传输晶体管与所述第二读取控制单元的传输晶体管在光电二极管的曝光过程中交替导通的相位相差π。