[发明专利]具有高动态范围的TOF像素电路及测距系统

说明书

本发明提供一种具有高动态范围的TOF像素电路，所述像素电路包括感光控制单元以及第一读取电路和第二读取电路。所述第一读取电路和第二读取电路为对称电路，且共享所述感光控制单元。所述感光控制单元包括光电二极管及传输晶体管。所述第一读取电路和第二读取电路包括复位晶体管，增益控制单元，信号存储控制单元及第一输出单元。所述第一读取电路及第二读取电路分别包括全局曝光传输单元，所述全局曝光传输单元包括全局曝光存储单元和第二输出单元。本发明提出的TOF像素电路可实现滚动曝光和全局曝光的输出模式。本发明还提供一种具有高动态范围的TOF图像传感器的测距系统。

技术领域

本发明涉及图像传感装置，尤其涉及一种具有高动态范围的TOF应用的图像传感器像素电路及测距系统。

背景技术

TOF(Time of Fly)在图像传感器装置主要应用于获取3D图像的系统。系统利用基于光学飞行时间通过光线从光源到达物体，再反射回图像传感器的时间来测量成像目标到图像传感装置的距离。图像传感器的每个像素都参与测距，以获得高精度的深度图像。

随着3D图像的广泛应用，比如AR(增强现实)、VR(虚拟现实)、无人机、机器人及数字相机等的应用，TOF像素电路及像素电路的传感装置将得到进一步发展。不但可应用于获取高精度的图像，还可实现对物体识别、障碍检测等功能。且TOF的深度计算不受目标物体表面灰度和特征影响，可以非常准确的进行目标三维图像的探测。

发明内容

本发明目的提供一种具有高动态范围的TOF像素电路，所述像素电路包括：

感光控制单元，包括光电二极管及传输晶体管，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；所述传输晶体管为两个，分别连接到所述光电二极管，用于在曝光时根据传输控制信号分别将所述光电二极管产生的电荷转移输出；

第一读取电路和第二读取电路，分别连接到所述感光控制单元，所述第一读取电路和第二读取电路为对称电路，且共享所述感光控制单元；所述第一读取电路和第二读取电路分别通过一个所述传输晶体管连接到所述光电二极管；所述第一读取电路及第二读取电路分别包括：

复位晶体管，连接到第一电压源，根据复位控制信号重置所述浮动扩散点电压；

增益控制单元，连接在所述复位晶体管和所述浮动扩散点之间；所述增益控制单元包括增益控制晶体管和电容，所述增益控制晶体管一端连接到所述复位晶体管和所述电容，另一端连接到所述浮动扩散点，其栅极连接到控制信号；所述电容另一端连接到指定电压；

信号存储控制单元，包括信号存储控制晶体管和电容，用于将所述光电二极管曝光后光电效应产生的电荷进行存储；所述信号存储控制晶体管连接在所述浮动扩散点和所述电容之间；所述电容另一端连接指定电压；

可选地，所述信号存储控制晶体管为两个，第一信号存储控制晶体管连接在所述感光控制单元的输出端和第二信号存储控制晶体管之间，所述第二信号存储控制晶体管连接到所述浮动扩散点；所述电容一端连接到所述第一信号存储控制晶体管和所述第二信号存储控制晶体管的连接点，另一端连接到指定电压；

可选地，所述信号存储控制晶体管为两个，第一信号存储控制晶体管连接在所述感光控制单元的输出端和所述电容之间，所述电容另一端连接到指定电压；第二信号存储控制晶体管连接在所述感光控制单元的输出端和所述浮动扩散点之间；

第一输出单元，所述第一输出单元连接到所述浮动扩散点，用于在滚动曝光模式中对所述浮动扩散点的电压信号放大输出至列线；

可选地，所述第一输出单元包括源极跟随晶体管和行选择晶体管，所述源极跟随晶体管的栅极连接到所述浮动扩散点，其漏极连接到第二电压

源；其源极输出端经所述行选择晶体管连接至列线；