间接飞行时间传感器的制作方法

间接飞行时间传感器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年12月23日提交的第20306680.8号欧洲专利申请的优先权，其内容在法律允许的最大程度上通过引用整体结合于此。
技术领域
3.本公开总体上涉及图像传感器，并且更具体地，涉及飞行时间传感器。


背景技术：

4.飞行时间类型的图像传感器是已知的。在这些传感器当中，间接飞行时间传感器被配置为确定由传感器朝向要捕获的场景发射的周期性光与由传感器的像素接收的光之间的移相，接收的光对应于当被传感器照射时由场景反射的光。基于为传感器的每个像素确定的移相，可以计算该像素与场景的共轭点之间的距离。根据为每个像素确定的距离，可以产生场景的深度图。
5.需要克服已知的间接飞行时间传感器的所有缺点或一些缺点。


技术实现要素：

6.本文的实施例解决了已知的间接飞行时间传感器的所有缺点或一些缺点。
7.一个实施例提供了一种间接飞行时间传感器，包括：像素矩阵，其中每个像素包括光转换区和至少两个集合，每个集合包括电荷存储区和可控转移器件，可控转移器件用于将电荷从光转换区转移到存储区；彼此平行的第一导线，被配置为将第一控制信号发送到转移器件；第一电路，被配置为向第一导线提供第一信号；照射器件，用于照射要捕获的场景；以及第二电路，被配置为控制照射器件。场景被分成多个第一区域，并且照射器件和第二电路被配置为连续照射每个第一区域。矩阵被分成多个第二区域，每个第二区域包括平行于第一导线的、像素的相邻线，其中矩阵和照射器件的设置被配置为使得每个第一区域对应于第二区域中的一个第二区域。第一电路被配置为向不同的第二区域提供不同的第一信号。
8.根据一个实施例，照射器件包括激光光源阵列和光学器件，光学器件被配置为将由激光光源阵列发射的光导向场景。该阵列被分成激光光源集合，每个集合被配置为照射对应的第一区域，第二电路被配置为一个接一个地控制该集合。光学器件被配置为根据控制信号不同地引导发射的光，第二电路被配置为在第一区域的每次照射时，提供控制信号，该控制信号对应于将光导向所述第一区域。
9.根据一个实施例：传感器包括平行于第一导线、并且被配置为接收像素的输出信号的第二导线；每个像素包括选择器件，选择器件被配置为选择性地将该像素的(多个)输出耦合到至少一条对应的第二导线；并且第一电路被配置为经由第三导线向选择器件提供第二控制信号，第三导线垂直于第二导线。
10.根据一个实施例，第一电路被配置为借助于第二信号来控制在第一区域的每次照
射之后、在下一个第一区域的照射之前的所有像素的读取。
11.根据一个实施例：传感器包括彼此平行、并且垂直于第一导线的第二导线，第二导线被配置为接收像素的输出信号。每个像素包括选择器件，选择器件被配置为选择性地将该像素的(多个)输出耦合到至少一条对应的第二导线；并且第一电路被配置为经由第三导线向选择器件提供第二控制信号，第三导线垂直于第二导线。
12.根据一个实施例，第二电路被配置为，在由第一电路控制的所有像素的每次读取之前，控制数个连续的照射周期，每个照射周期包括每个第一区域的唯一照射，并且控制照射器件读在取期间不发射光。
13.根据一个实施例，第一电路被配置为，在第一区域的每次照射之后，仅控制与所述第一区域相对应的第二区域的像素的读取。
14.根据一个实施例，第二电路被配置为当第一电路控制第二区域的像素的读取时，控制照射器件不发光。
15.根据一个实施例：矩阵被分成第一半部和第二半部，第一半部与第二半部之间的分隔平行于第一线，并且每一半部的第二导线终止于该分隔。第一电路被配置为同时控制一个一半部的第二区域的像素中的电荷转移和另一个一半部的第二区域的像素的读取。半导体衬底的第一部分包括矩阵的第一半部，并且该半导体衬底的第二部分包括矩阵的第二半部；穿过半导体衬底的隔离结构使半导体衬底的所述部分彼此隔离。提供给半导体衬底的第一部分的参考电压与提供给半导体衬底的第二部分的参考电压电去耦。
16.根据一个实施例，对于旨在提供给矩阵的第一半部的至少一个像素以及同时提供给矩阵的第二半部的至少一个像素的每个电压电平，传感器包括用于第一半部的所述电压电平的发生器和用于第二半部的所述电压电平的发生器，发生器彼此电去耦。
17.根据一个实施例，传感器包括耦合到矩阵的第一半部的第二导线的第一读取电路，以及耦合到矩阵的第二半部的第二导线的第二读取电路，第一读取电路的参考电压与第二读取电路的参考电压电去耦。
18.根据一个实施例，第一读取电路沿着矩阵的第一边缘被设置在第一半部的一侧，第二读取电路沿着矩阵的第二边缘被设置在第二半部的一侧，第一边缘和第二边缘平行。
19.根据一个实施例：包括像素矩阵的半导体衬底位于包括换向器的另一个半导体衬底上，换向器优选地被设置在矩阵的两个半部之间的分隔之下；每个换向器包括连接到第一半部的第二导线中的一条第二导线的第一输入、连接到第二半部的对应应第二导线的第二输入、以及被配置为选择性地耦合到所述输入中的一个输入的输出；并且传感器包括连接到每个换向器的输出的读取电路，读取电路优选地属于与换向器相同的半导体衬底。
20.根据一个实施例：包括像素矩阵的半导体衬底位于包括换向器的另一个半导体衬底上，换向器优选地被设置在矩阵的两个半部之间的分隔之下；每个换向器包括连接到第一半部的第二导线中的一条第二导线的第一输入、连接到第二半部的对应第二导线的第二输入、以及被配置为选择性地耦合到所述输入中的一个输入的输出；矩阵的像素被布置在平行于第二导线的列中；连接到奇数列的第二导线的每个换向器将其输出连接到第一读取电路；连接到偶数列的第二导线的每个换向器将其输出连接到第二读取电路；并且第一读取电路和第二读取电路优选地属于与换向器相同的半导体衬底。
21.根据一个实施例，传感器包括控制电路，控制电路用于控制换向器，使得每个换向
器的输出在矩阵的第一半部的像素的读取期间耦合到该换向器的第一输入，并且在矩阵的第二半部的像素的读取期间耦合到该换向器的第二输入。
附图说明
22.前述特征和优点以及其他特征和优点将在下面参考附图以举例说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中详细描述，其中：
23.图1图示了间接飞行时间传感器的像素的电路的示例；
24.图2图示了根据一个实施例的间接飞行时间传感器；
25.图3图示了根据一个实施例的间接飞行时间传感器的照射器件；
26.图4图示了根据一个替代实施例的间接飞行时间传感器的照射器件；
27.图5示出了图示根据一个实施例的图2的传感器的操作的计时图；
28.图6示出了图示根据一个替代实施例的图2的传感器的操作的计时图；
29.图7图示了根据另一实施例的间接飞行时间传感器；
30.图8示出了图示根据一个实施例的图7的传感器的操作的计时图；
31.图9图示了根据另一实施例的间接飞行时间传感器；
32.图10示出了图9的传感器的两个相邻像素的非常示意性的顶视图；
33.图11示出了沿着图10的平面aa的非常示意性的横截面视图；
34.图12示出了图示根据一个实施例的图7的传感器的操作的计时图；
35.图13以非常示意性的方式图示了图9的传感器的实现方式；
36.图14以非常示意性的方式图示了图9的传感器的另一实现方式；
37.图15图示了图9的间接飞行时间传感器的替代实施例；
38.图16以非常示意性的方式图示了图15的传感器的实现方式；
39.图17图示了图9的间接飞行时间传感器的另一替代实施例；以及
40.图18以非常示意性的方式图示了图17的传感器的实现方式。
具体实施方式
41.在各种附图中，相似的特征由相似的附图标记表示。具体地，各种实施例当中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的参考，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料属性。
42.为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解本文描述的实施例有用的操作和元件。具体地，没有详细描述其中可以提供间接飞行时间传感器的平常的电子系统和应用，所描述的实施例与这些平常的系统和应用兼容。
43.除非另有说明，否则当引用连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，并且当引用耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以通过一个或多个其他元件耦合。
44.在下面的公开中，除非另有说明，否则当引用绝对位置限定符(诸如术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等)或者相对位置限定符(诸如术语“之上”、“之下”、“较高”、“较低”等)或者方向限定符(诸如“水平”、“竖直”等)时，引用附图中所示的方位。
45.除非另有说明，否则表述“约”、“大概”、“基本上”和“大约”表示在10％以内，并且优选地为在5％以内。
46.图1示出了间接飞行时间传感器的像素1的电路的示例。
47.像素1包括光转换区或光敏区pd，例如光电二极管，优选为钉扎光电二极管。光转换区pd具有连接到节点100的电极(例如其阳极)，节点100被配置为接收参考电压(例如，接地gnd)。光转换区pd被配置成使得当光被区pd接收时在其中产生电荷。
48.像素1还包括两个完全相同的存储器电路集合e1和e2，在图1中由虚线界定。每个集合e1、e2耦合到区pd，更具体地，耦合到区pd的不连接到节点100的电极102。
49.像素1的每个集合e1、e2包括电荷存储区mem1、mem2和可控电荷转移器件tgmem1、tgmem2。
50.器件tgmem1(分别还有tgmem2)连接在区pd与区mem1(分别还有mem2)之间。器件tgmem1(分别还有tgmem2)被配置为将电荷从区pd转移到区mem1(分别还有区mem2)。更准确地，器件tgmem1(分别还有tgmem2)被配置为当其控制信号tg1(分别还有tg2)有效时(例如在高电平时)，将电荷从区pd转移到区mem1(分别还有mem2)，并且当该控制信号无效时(例如在低电平时)，阻止区pd与区mem1(分别还有mem2)之间的任何电荷转移。每个器件tgmem1、tgmem2例如是传输门晶体管。
51.区mem1(分别还有mem2)被配置为存储由转移器件tgmem1(分别还有tgmem2)转移到其中的电荷，直到这些电荷在读取阶段期间被转移到像素1中的其他地方。每个区mem1、mem2例如是钉扎二极管。例如，每个钉扎二极管mem1、mem2具有连接到节点100的电极(例如其阳极)，以及通过对应的转移器件tgmem1和tgmem2耦合到区pd的电极102的另一电极104(例如其阴极)。
52.像素1具有输出106。在像素1的读取阶段期间，像素1的输出信号在输出106上可用。
53.像素1包括选择器件108，例如金属氧化物半导体(mos)晶体管。器件108被连接在输出106与读取导线vx之间。选择器件108被配置为选择性地将像素1的输出106耦合到线vx。更准确地，在像素1的读取阶段期间，例如当器件108的控制信号rd有效时(例如在高电平时)，器件108将输出106耦合到线vx，并且在像素1的读取阶段之外，例如当信号rd无效时(例如在低电平时)，器件108将输出106与线vx隔离。
54.例如，在包括被布置成行和列的像素1的矩阵的已知飞行时间传感器中，属于同一列的所有像素1共享线vx。为了读取矩阵的给定像素，通过激活该像素所属行的信号rd来选择该像素行的所有像素。
55.像素1包括在图1中用虚线界定的可控输出电路110。电路108被配置为在输出106上选择性地产生指示存储在像素的电荷存储区mem1中的电荷数目的输出信号或者指示存储在像素的电荷存储区mem2中的电荷数目的输出信号。
56.例如，在像素的读取阶段期间，当第一信号rd1有效时(例如在高电平时)，电路110提供指示存储在区mem1中的电荷数目的信号，例如以节点100为参考的电压，并且当第二信号rd2有效时(例如在高电平时)，电路110提供指示存储在区mem2中的电荷数目的信号，例如以节点100为参考的电压。
57.在图1的特定示例中，电路100对于每个集合e1、e2包括可控耦合器件tgrd1、tgrd2，例如传输门。器件tgrd1(分别还有tgrd2)连接到集合e1(分别还有e2)，并且更准确地，连接到区mem1(分别还有mem2)，例如连接到区mem1(分别还有mem2)的电极104。器件
tgrd1(分别还有tgrd2)被配置为当信号rd1(分别还有rd2)有效时，将区mem1(分别还有mem2)耦合到节点111，并且当信号rd1(分别还有rd2)无效时，将区mem1(分别还有mem2)与节点111隔离。电路110还包括源极跟随器mos晶体管112，晶体管112的栅极连接到节点111，其源极连接到输出106，并且其漏极连接到节点114，节点114被配置为接收电源电压vdd。
58.例如，像素1还包括连接在区pd的电极102与被配置为接收偏置电压vab的节点118之间的晶体管ab。晶体管ab由信号tgab控制。晶体管ab被配置为当关断时作为区pd的抗晕(antiblooming)器件进行操作，并且当导通时复位区pd，也就是说，将区pd中累积的所有光生电荷向节点118疏散。
59.在包括被布置成行和列的像素1的矩阵的平常的间接飞行时间传感器中，在积分阶段期间，矩阵的所有像素1的所有转移器件tgmem1和tgmem2被同时驱动，以将每个像素的区pd中光生的电荷交替地向该像素的区mem1和mem2转移。此外，在积分阶段期间，要捕获的场景由传感器以闪光方式照射，也就是说，每次传感器发光时，整个场景都被照射。例如，在积分阶段期间，光以连续的周期性光脉冲串的形式被发射。在积分阶段之后，矩阵的所有像素1被读取。更具体地，在矩阵的所有像素1的读取期间，用信号rd一行接一行地选择像素行，并且同时读取所选择行的所有像素1。
60.尽管在图1的示例中，像素仅包括两个完全相同的集合e1和e2，但是在未示出的其他示例中，像素可以包括多于两个的完全相同的集合，例如4个完全相同的集合。
61.此外，尽管在图1的示例中，像素1仅具有一个输出106，但是在未示出的其他示例中，像素可以包括多于一个的输出106。例如，像素对于每个集合e1、e2可以包括一个输出106，然后电路110连接在集合e1、e2与输出106之间。选择器件108然后被配置为选择性地将输出106耦合到至少一条对应的线vx。例如，与集合e1相关联的输出106由器件108选择性地耦合到第一线vx，并且与集合e2相关联的输出106由器件108选择性地耦合到第二线vx。
62.更一般地，本领域技术人员已知的许多不同的像素可以用在间接飞行时间传感器的像素矩阵中，并且图1的像素1仅是这些已知像素的一个示例。此外，本领域技术人员熟知在积分阶段期间和在读取阶段期间对这些不同像素的平常控制
63.在以下描述中，除非另有说明，否则当引用间接飞行时间传感器的像素时，这意味着引用图1的像素1。然而，本领域技术人员将能够使以下描述适配于其他像素，例如包括多于两个的完全相同的集合和/或多于一个的输出106的像素。
64.这里提出了用间接飞行时间传感器通过连续照射场景的不同区域来捕获场景，一次仅照射场景的一个区域。换句话说，场景被分成多个区域，并且通过连续照射场景的每个区域来完全照射场景，这些区域中的每个区域被照射至少一次。
65.图2示出了根据一个实施例的间接飞行时间传感器2。
66.传感器2包括像素1的矩阵200，在图2上仅引用了一个像素1，以避免使图复杂化。像素1被布置成行(图2上的水平方向)和列(图2上的竖直方向)。在图2的示例中，矩阵200包括8行和8列，尽管实际上，矩阵200可以包括数百行和数百列。
67.传感器2包括读取电路readout。电路readout被配置为当矩阵200的像素被选择时，接收耦合到vx线的这些像素的输出信号。换句话说，电路readout被配置为接收像素的输出信号，这些像素借助它们的选择器件108(图1)将其输出106耦合到对应的线vx。如在间接飞行时间传感器中平常的，在传感器2中，vx线被布置成平行于矩阵200的列，或者换句话
说，vx线在图2中是竖直的。每条vx线都耦合(优选地，连接)到电路readout。为了避免使图2复杂化，在该图中，仅一条vx线被完全用虚线表示。如在图2上可以看出的，每条vx线由数个像素共享，并且更具体地，由图2的实施例中对应列的所有像素共享。例如，读取电路readout包括多个模数转换器(adc)，优选地，对于每条vx线有一个adc。
68.传感器2包括控制电路ctrl1。控制电路ctrl1被配置为控制矩阵200的像素的读取阶段和积分阶段。
69.为了向每个像素1的转移器件tgmem1和tgmem2提供控制信号tg1和tg2(图1)，传感器2包括平行导线204。线204连接到控制电路ctrl1。控制电路ctrl1被配置为向线204提供控制信号tg1和tg2(图1)。
70.在图2的实施例中，线204平行于线vx。每条线204例如由矩阵的对应列的所有像素共享。在图2中，为了避免使图复杂化，仅一条线204被完全用虚线表示。此外，为了避免使图复杂化，在图2中仅按列表示了一条线204。然而，在实践中，每个像素经由两条对应的线204接收控制信号tg1和tg2(图1)，并且因此，每一列与用于向该列的所有像素发送信号tg1的一条线204相关联，以及与用于向所有这些像素发送信号tg2的另一条线204相关联。
71.为了向每个像素1的选择器件108提供控制信号rd(图1)，传感器2还包括平行导线206。线206连接到控制电路ctrl1。控制电路ctrl1被配置为向线206提供控制信号rd。
72.在该实施例中，线206垂直于线vx。每条线206例如由矩阵的对应行的所有像素共享。在图2中，为了避免使图复杂化，仅一条线206被完全用虚线表示。
73.尽管图2中未示出，但是提供给矩阵200的像素的其他控制信号优选地由控制电路ctrl1提供。如间接飞行时间传感器中平常的，传感器2包括其他导线(未示出)，以向矩阵200的像素提供其他控制信号和电压。例如，在图2的实施例中，传感器2包括：对于矩阵200的每一行，用于将电压gnd(图1)发送到该行的所有像素的导线；对于矩阵200的每一列，用于将信号tgab(图1)发送到该列的每个像素的导线；对于矩阵200的每一列，用于将偏置电压vab(图1)发送到该列的所有像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将信号rd(图1)发送到该行的所有像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将信号rd1(图1)发送到该行的所有像素的导线；以及对于矩阵200的每一行，用于将信号rd2(图1)发送到该行的所有像素的导线。
74.传感器2包括照射器件205。照射器件205被配置为照射要捕获的场景。传感器2还包括被配置为控制照射器件205的控制电路ctrl2。例如，控制电路ctrl2向器件205提供控制信号cmd。信号cmd例如是包括数个比特的数字信号。
75.如上所述，要捕获的场景被分成多个区域，并且这里提出，通过一次仅照射一个区域来连续照射场景的每个区域，应当理解，在实践中，与被照射区域相邻的场景部分也可以接收一些光。换句话说，器件205及其控制电路ctrl2被配置为连续照射场景的每个区域。例如，器件205被配置为照射要捕获的场景的不同区域，由信号cmd确定被器件205照射的区域。
76.控制电路ctrl1和ctrl2例如借助于耦合电路ctrl1和ctrl2的同步电路sync进行同步。换句话说，电路sync从和/或向电路ctrl1和ctrl2接收和/或发送同步信号。
77.以与场景类似的方式，矩阵200被分成多个区域，矩阵的区域总数优选地等于场景的区域总数。在图2的示例中，矩阵200被分成4个区域m1、m2、m3和m4。
78.每个区域m1、m2、m3、m4包括像素1的相邻线，像素的这些线平行于导线204。在图2的实施例中，每个区域m1、m2、m3、m4包括平行于线204的、像素1的两条相邻线，或者换句话说，每个区域m1、m2、m3、m4包括像素1的两条相邻线。
79.矩阵200和器件205相对于彼此设置，使得矩阵200的每个区域m1、m2、m3、m4对应于场景的一个区域(该区域取自该场景所分成并被连续照射的区域)。换句话说，矩阵200和器件205相对于彼此设置，使得每次器件205照射场景的一个区域(该区域取自该场景所分成的多个区域)，由场景的该区域反射的光被矩阵200的对应区域m1、m2、m3、m4的像素1接收，应当理解，在实践中，设置在该对应区域m1、m2、m3或m4附近的矩阵的一些其他像素也可以接收由场景反射的部分光。矩阵200和器件205相对于彼此的这种设置的实现方式在本领域技术人员的能力范围内。
80.传感器2允许对要捕获的场景进行扫描式照射。对于在场景的一个区域的照射期间提供给器件205的给定电源，由器件205产生的所有光都被导向场景的该区域。这不同于平常的间接飞行时间传感器，在这种传感器中，给定的电源用于提供对要捕获的整个场景的闪光照射。结果，与由这些平常的传感器接收的光的信噪比相比，由传感器2接收的光的信噪比增加。实际上，对于给定的电源，在闪光照射的情况下，由场景的每个区域接收的光所携带的光功率小于在扫描式照射期间由传感器2照射的场景的唯一区域所接收的光。
81.控制电路ctrl1还被配置为向矩阵200的不同区域m1、m2、m3和m4提供不同的控制信号tg1和tg2。换句话说，控制电路ctrl1被配置为独立地控制矩阵200的每个区域m1、m2、m3、m4中的电荷转移，或换句话说，独立地控制区域m1、m2、m3和m4之间的电荷转移。例如，对于矩阵的每个区域m1、m2、m3、m4，控制电路ctrl1包括不同的子电路(图2中未示出)，每个子电路被配置为提供用于在与该子电路相关联的区域m1、m2、m3或m4的像素中进行电荷转移的控制信号。
82.例如，控制电路ctrl1被配置为控制区域m1、m2、m3和m4中的任何一个的像素的积分阶段，而控制电路ctrl1不控制其他区域的像素的积分阶段。更具体地，当场景的一个区域被器件205照射、并且由场景的该区域反射的光被矩阵200的对应区域m1、m2、m3或m4接收时，对于矩阵200的其他区域，控制电路ctrl1将控制信号tg1、tg2维持在无效状态。仅对于正在接收光的区域m1、m2、m3或m4的像素1，控制信号tg1、tg2在有效状态与无效状态之间重复地换向(commute)。换句话说，仅针对与被照射的场景的区域相对应的矩阵200的区域的像素1，控制信号tg1、tg2在有效状态与无效状态之间重复地换向，使得在矩阵200的所述区域的每个像素中，电荷交替地从区pd转移到像素的每个存储区mem1、mem2。
83.在实践中，信号tg1(分别还有tg2)的每次换向对应于电容的充电或放电，该电容通常是电荷转移器件tgmem1(分别还有tgmem2)的栅极电容。因此，通过减少信号tg1和tg2同时换向的像素数，与信号tg1(分别还有tg2)在传感器的所有像素中同时换向的平常的间接飞行时间传感器相比，传感器2的功耗降低。
84.图3以非常示意性的方式示出了根据一个实施例的照射器件205。
85.照射器件205包括激光光源301的阵列300，为了避免使图复杂化，在图3中仅引用了一个激光光源。每个激光光源301优选地为vcsel(“vertical-cavity surface-emitting laser，垂直腔面发射激光器”)。在图3的示例中，阵列300包括8
×
2激光光源301，尽管在其他示例中阵列的光源301的数目可以不同。
86.器件205还包括在图3中以块的形式表示的光学器件(或元件)302。光学器件302被配置为将激光光源301的阵列300所发射的光导向或定向到要捕获的场景。
87.在该实施例中，阵列300被分成多个激光光源集合。在图3的示例中，阵列300被分成激光光源301的4个集合a1、a2、a3和a4。优选地，阵列300的集合数目等于场景的区域数目，并且等于矩阵200的区域m1、m2、m3、m4的数目(图2)。
88.每个集合a1、a2、a3、a4被配置为照射要捕获的场景的对应区域。实际上，阵列的激光光源301可以各自独立于其他激光光源301被控制。例如，控制阵列300，使得当阵列300的给定集合a1、a2、a3或a4的激光光源301发射光时，其他集合的激光光源301不发射光。例如，由信号cmd确定发射光的激光光源30和不发射光的激光光源301。
89.控制电路ctrl2(图2)被配置为利用信号cmd一个接一个地控制集合a1、a2、a3和a4发射光。更准确地，发射光的集合a1、a2、a3或a4取决于信号cmd的值。
90.对于每个集合a1、a2、a3、a4，当该集合的激光光源301发射光时，发射的光被导向要被器件302捕获的场景的对应区域，对于激光光源301的阵列300的每个集合a1、a2、a3、a4，场景的被照射区域是不同的。
91.例如，在图3中，光学器件302(例如透镜或物镜)被配置为将由相应集合a1、a2、a3或a4的激光光源301发射的光导向相应方向o1、o2、o3或o4。因此，当集合a1(分别还有a2、a3或a4)发射光时，场景的第一(分别还有第二、第三或第四)区域被照射，并且反射光被矩阵200的区域m1(分别还有m2、m3或m4)接收(图2)。
92.例如，器件205包括控制电路ctrl3，控制电路ctrl3被配置为基于信号cmd控制阵列300的每个光源301发射光。
93.在图3的器件205中，提供给阵列300的给定电源在发射光的光源301之间共享或划分。因此，对于提供给阵列300的给定电源，当只有与场景的一个区域相对应的集合a1、a2、a3或a4的光源发光(扫描式照射)时，由该区域接收的光的光功率大于所有光源301同时发射光(闪光照射)时的光功率。
94.图4示出了根据一个替代实施例的照射器件205。
95.如同图3的器件205，图4的器件205包括激光光源301的阵列300和光学器件302。
96.然而，在图4的实施例中，阵列300没有被分成多个独立可控的光集合。例如，根据信号cmd，所有光源301发射光，或者不发射光。例如，器件205包括控制电路ctrl3，控制电路ctrl3被配置为基于信号cmd控制阵列300的所有光源301的发光。
97.此外，在图4的实施例中，光学器件302是可控的。更准确地，由阵列300发射的光被器件302引导的方向是可控的。换句话说，器件302被配置为根据信号cmd不同地引导所发射的光。向器件205提供控制信号cmd的控制电路ctrl2(图2)被配置为在要捕获的场景的一个区域的每次照射时，提供控制信号cmd，该控制信号cmd对应于器件302将光导向场景的该区域。
98.例如，在图4中，光学器件302被配置为将由激光光源301的阵列发射的光导向4个不同的方向o1、o2、o3或o4，每个方向对应于场景的不同区域。因此，当信号cmd处于第一(分别还有第二、第三或第四)值时，场景的第一(分别还有第二、第三或第四)区域被照射，并且反射光被矩阵200(图2)的区域m1(分别还有m2、m3或m4)接收。
99.例如，器件302包括(多个)反射镜和/或一个或多个透镜，其定向可由信号cmd控
制。优选地，光学器件302包括至少一个可控可移动微反射镜，或换句话说，可控可移动微机电系统(mems)微反射镜。光学器件302的实现方式在本领域技术人员的能力范围内
100.在图4的器件205中，在照射阶段期间提供给阵列300的给定电源在所有光源301之间共享。然而，由阵列300发射的所有光被光学器件302朝向场景的给定区域聚集。这不同于闪光照射，对于闪光照射，由阵列300发射的光朝向要捕获的整个场景引导或扩散。因此，对于提供给阵列300的给定电源，与闪光照射期间场景的所有区域所同时接收的光的光功率相比，场景的扫描式照射允许提高场景的每个区域所连续接收的光的光功率。
101.图3和图4的实施例可以组合。此外，所描述的间接飞行时间传感器的实施例不限于结合图3和图4描述的器件205的实施例。本领域技术人员能够使用其他可控制的照射器件，使得所发射的光仅被导向要捕获的场景的一个区域，该区域以可控的方式在场景的多个区域当中选择。
102.图5示出了图示根据一个实施例的图2的传感器的操作的计时图(即，时序图)。更具体地，在该示例中，要捕获的场景被分成4个区域s1、s2、s3和s4，并且根据时间t，图5示出了由照射器件205(图2)发射的光(“光”)，s1、s2、s3或s4中的哪个区域接收光(“场景的被照射区域”)，矩阵200(图2)的哪个对应区域m1、m2、m3或m4接收反射光并且使其像素处于积分阶段(“积分区域”)，以及矩阵的哪些像素被读取(“读取”)。在该示例中，器件205以周期性光脉冲串的形式发射光。
103.在时刻t0与时刻t0之后的时刻t1之间，器件205以方向o1朝向场景的区域s1发射光。由该区域s1反射的光被矩阵的对应区域m1接收。通过将m1区域的像素的电荷转移器件tgmem1、tgmem2的控制信号tg1、tg2在其有效状态与和无效状态之间以高于发射光的频率的频率换向，仅在m1区域的这些像素中完成接收光的积分阶段。
104.在时刻t1与时刻t1之后的时刻t2之间，器件205不发射光，并且读取区域m1的像素。因为线204平行于线vx(图2)，所以读取区域m1的像素意味着读取矩阵的所有像素(“所有矩阵”)。因此，在时刻t1与t3之间，控制电路ctrl1被配置为借助于信号rd，通过一个接一个地读取矩阵的行来控制矩阵200的所有像素的读取。
105.在时刻t2与时刻t2之后的时刻t3之间，器件205以方向o2朝向场景的区域s2发射光。由区域s2反射的光被矩阵的对应区域m2接收，并且仅在区域m2的像素中执行积分阶段。
106.在时刻t3与时刻t3之后的时刻t4之间，器件205不发射光，并且通过读取矩阵的所有像素(“所有矩阵”)来读取区域m2的像素，这类似于在时刻t1与t2之间所做的。
107.在时刻t4与时刻t4之后的时刻t5之间，器件205以方向o3朝向场景的区域s3发射光。由区域s3反射的光被矩阵的对应区域m3接收，并且仅在区域m3中执行积分阶段。
108.在时刻t5与时刻t5之后的时刻t6之间，器件205不发射光，并且通过读取矩阵的所有像素(“所有矩阵”)来读取区域m3的像素。
109.在时刻t6与时刻t6之后的时刻t7之间，器件205以方向o4朝向场景的区域s4发射光。由区域s4反射的光被矩阵的对应区域m4接收，并且仅在区域m4中执行积分阶段。
110.在时刻t7，场景的所有区域s1、s2、s3、s4已经在场景的扫描式照射期间被照射一次。
111.在时刻t7与时刻t7之后的时刻t8之间，器件205不发射光，并且通过读取矩阵的所有像素(“所有矩阵”)来读取区域m4的像素。
112.在时刻t8，在区域m1的照射之后(在时刻t1与t2之间)读取的区域m1的像素的输出信号、在区域m2的照射之后(在时刻t3与t4之间)读取的区域m2的像素的输出信号、在区域m3的照射之后(在时刻t5与t6之间)读取的区域m3的像素的输出信号、以及在区域m4的照射之后(在时刻t7与t8之间)读取的区域m4的像素的输出信号可以用于产生或计算场景的图像或深度图。
113.在时刻t8，通过用器件205照射场景的区域m1，来开始对场景的新的扫描式照射。
114.在结合图5描述的操作模式中，在矩阵200的区域s1、s2、s3或s4的每次照射之后，矩阵的所有像素被读取，以获得与被照射的区域相对应的矩阵200的区域m1、m2、m3或m4的像素的输出信号。更准确地，在区域s1、s2、s3或s4的每次照射之后，矩阵的所有像素在下一个区域s1、s2、s3或s4被照射之前被读取。
115.优选地，当捕获场景时，在场景的区域的连续照射期间，向器件205供应具有给定峰值功率的平均电源，其等于在场景的闪光照射期间提供给平常传感器的照射器件的、具有相同峰值功率的平均功率。在这种情况下，场景的每个区域在扫描式照射期间的照射阶段的持续时间t优选地等于闪光照射的持续时间除以场景的区域数目。与平常的传感器相比，这允许进一步增加传感器2中的信噪比，而无需修改用于照射要捕获的场景的电源。
116.图6示出了图示根据一个替代实施例的图2的传感器的操作的计时图。在该示例中，要捕获的场景被分成4个区域s1、s2、s3和s4，并且根据时间t，图6示出了由照射器件205发射的光(“光”)，s1、s2、s3或s4中的哪个区域接收光(“场景的被照射区域”)，矩阵200的哪个对应区域m1、m2、m3或m4接收反射光并且使其像素处于积分阶段(“积分区域”)，以及矩阵的哪些像素被读取。在该示例中，器件205以周期性光脉冲串的形式发射光。
117.在时刻t10与时刻t10之后的时刻t11之间，器件205以方向o1朝向场景的区域s1发射光。由该区域s1反射的光被矩阵的对应区域m1接收。通过将m1区域的像素的电荷转移器件tgmem1、tgmem2的控制信号tg1、tg2在其有效状态和无效状态之间以高于发射光的频率的频率换向，仅在m1区域的这些像素中完成接收光的积分阶段。
118.在时刻t11与时刻t11之后的时刻t12之间，器件205以方向o2朝向场景的区域s2发射光。由区域s2反射的光被矩阵的对应区域m2接收，并且仅在区域m2的像素中执行积分阶段。
119.在时刻t12与时刻t12之后的时刻t13之间，器件205以方向o3朝向场景的区域s3发射光。由区域s3反射的光被矩阵的对应区域m3接收，并且仅在区域m3的像素中执行积分阶段。
120.在时刻t13与时刻t13之后的时刻t14之间，器件205以方向o4朝向场景的区域s4发射光。由区域s4反射的光被矩阵的对应区域m4接收，并且仅在区域m4的像素中执行积分阶段。
121.如图6所示，区域s1、s2、s3和s4的连续照射的循环(其中每个区域s1、s2、s3、s4被照射一次)可以在读取矩阵的所有像素(“所有矩阵”)之前重复几次。在图6的示例中，在读取之前，区域s1、s2、s3和s4的连续照射的循环被执行四次，一次在时刻t10与t14之间，一次在时刻t14与时刻t14之后的时刻t15之间，一次在时刻t15与时刻t15之后的时刻t16之间，以及一次在时刻t16与时刻t16之后的时刻t17之间。
122.在时刻t17，控制电路ctrl1(图2)借助于信号rd，通过一个接一个地读取矩阵的
行，来控制矩阵的所有像素(“所有矩阵”)的读取。在读取阶段期间不发射光。在读取阶段结束时，可以基于在读取阶段期间读取的像素的输出信号来生成或计算场景的深度图。
123.在结合图6描述的操作中，在每次读取所有像素之前(该读取由控制电路ctrl1控制)，控制电路ctrl2被配置为控制数个连续的照射循环，每个照射循环包括每个区域s1、s2、s3和s4的唯一照射。控制电路ctrl1还被配置为控制照射器件205在读取期间不发射光。
124.与结合图5描述的捕获完全场景的操作相比，在结合图6描述的操作中，仅执行一次对矩阵的所有像素的读取，这使捕获场景所需的时间减少。
125.优选地，在图6中，每个区域s1、s2、s3和s4的每个照射阶段的持续时间t1等于结合图5描述的每个区域s1、s2、s3和s4的照射阶段的持续时间t除以在完全读取矩阵之前重复区域s1、s2、s3和s4的照射循环的次数。换句话说，在该示例中，照射持续时间t1等于照射持续时间t的四分之一(图5)。结果，在图6的操作模式中和在图5的操作模式中，提供给用于捕获场景的器件205的电源是相同的。此外，在器件205如结合图3所述那样实施的情况下，与结合图5所述的操作相比，结合图6所述的操作允许缓解器件205的阵列300中的温度升高。
126.在结合图2至图6描述的实施例中，用于向像素的转移器件tgmem1、tgmem2提供控制信号tg1、tg2的线204平行于线vx。下面将描述其他实施例，其中线204垂直于线vx。
127.图7示出了根据另一实施例的间接飞行时间传感器2'，其中线204垂直于线vx。
128.如同传感器2(图2)，传感器2'包括像素1的矩阵200、电路readout、耦合到电路readout的线vx、线206、以及照射器件205及其控制电路ctrl2，这将不再描述。
129.代替控制电路ctrl1，传感器2'包括控制电路ctrl1'。控制电路ctrl1'被配置为控制矩阵200的像素的读取阶段和积分阶段。控制电路ctrl1'被配置为向线204提供控制信号tg1和tg2(图1)。控制电路ctrl1'还被配置为向线206提供控制信号rd。
130.在图7的实施例中，各自连接到控制电路ctrl1'的线204垂直于线vx。每条线204由矩阵的对应行的所有像素共享。在图7中，为了避免使图复杂化，仅一条线204完全用虚线表示。此外，为了避免使图复杂化，在图7中仅按行表示了一条线204。然而，在实践中，每个像素经由两条对应的线204接收控制信号tg1和tg2(图1)，并且因此，每一行与用于将信号tg1发送到该行的所有像素的一条线204相关联，以及与用于将信号tg2发送到所有这些像素的另一条线204相关联。
131.尽管在图7中没有示出，但是提供给矩阵200的像素的其他控制信号优选地由控制电路ctrl1'提供。此外，类似于已经针对图2的传感器2所描述的，传感器2'包括其他导线(未示出)，以向矩阵200的像素提供其他控制信号和电压。例如，在图7的实施例中，传感器2’包括：对于矩阵200的每一行，用于向该行的所有像素发送或提供控制信号tgab(图1)的导线；对于矩阵200的每一行，用于将偏置电压vab(图1)发送到该行的所有像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将电压gnd(图1)发送到该行的所有像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将信号rd(图1)发送到该行的每个像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将信号rd1(图1)发送到该行的所有像素的导线；以及对于矩阵200的每一行，用于将信号rd2(图1)发送到该行的所有像素的导线。
132.控制电路ctrl1'和ctrl2例如借助于耦合电路ctrl1'和ctrl2的同步电路sync进行同步。换句话说，电路sync从和/或向电路ctrl1'和ctrl2接收和/或发送同步信号。
133.与传感器2一样，传感器2'的矩阵200被分成多个区域，矩阵的区域总数优选地等
于场景的区域总数。在图7的示例中，矩阵200被分成4个区域m1、m2、m3和m4。
134.每个区域m1、m2、m3、m4包括像素1的相邻线，像素的这些线平行于导线204。在图7的实施例中，每个区域m1、m2、m3、m4包括平行于线204的像素1的两条相邻线，或者换句话说，每个区域m1、m2、m3、m4包括像素1的两条相邻线。
135.如已经针对传感器2所描述的，在传感器2'中，矩阵200和器件205相对于彼此设置，使得矩阵200的每个区域m1、m2、m3、m4对应于场景的一个区域。
136.与图2的传感器2一样，传感器2'允许对要捕获的场景的扫描式照射。结果，与由平常的传感器接收的光的信噪比相比，由传感器2'接收的光的信噪比增加。
137.控制电路ctrl1'被配置为向矩阵200的不同区域m1、m2、m3和m4提供不同的控制信号tg1和tg2。换句话说，控制电路ctrl1'被配置为独立地控制矩阵200的每个区域m1、m2、m3、m4中的电荷转移。例如，控制电路ctrl1'包括用于矩阵的每个区域m1、m2、m3、m4的不同子电路(图7中未示出)，每个子电路被配置为提供用于在与该子电路相关联的区域m1、m2、m3或m4的像素中进行电荷转移的控制信号。
138.例如，控制电路ctrl1'被配置为控制区域m1、m2、m3和m4中的任何一个的像素的积分阶段，而控制电路ctrl1'不控制其他区域的像素的积分阶段。更具体地，当场景的一个区域被器件205照射、并且由场景的该区域反射的光被矩阵200的对应区域m1、m2、m3或m4接收时，对于矩阵200的其他区域，控制电路ctrl1'将控制信号tg1、tg2维持在无效状态。仅对于正在接收光的区域m1、m2、m3或m4的像素1，控制信号tg1、tg2在有效状态与无效状态之间重复地换向。换句话说，仅针对与场景的被照射区域相对应的矩阵200的区域的像素1，控制信号tg1、tg2在有效状态与无效状态之间重复地换向，使得在矩阵200的所述区域的每个像素中，电荷交替地从区pd转移到像素的每个存储区mem1、mem2。结果，与平常的间接飞行时间传感器的功耗相比，传感器2'的功耗降低了。
139.与传感器2相比，传感器2'的一个优点在于，传感器2'的矩阵200的给定区域m1、m2、m3或m4的像素可以在不执行矩阵200的完全读取的情况下，通过一个接一个地仅读取该区域的行而被读取。
140.图8示出了图示根据一个实施例的图7的传感器2'的操作的计时图。更具体地，在该示例中，要捕获的场景被分成4个区域s1、s2、s3和s4，并且根据时间t，图8示出了由照射器件205(图7)发射的光(“光”)，s1、s2、s3或s4中的哪个区域接收光(“场景的被照射区域”)，矩阵200(图7)的哪个对应区域m1、m2、m3或m4接收反射光并且使其像素处于积分阶段(“积分区域”)，以及矩阵的哪些像素被读取(“读取”)。在该示例中，器件205以周期性光脉冲串的形式发射光。
141.图8的计时图与图5完全相同，除了读数阶段之外。实际上，在图8的操作中，场景的区域s1、s2、s3或s4的每次照射之后，仅读取与场景的该区域相对应的矩阵的区域m1、m2、m3或m4的像素。换句话说，控制电路ctrl1'被配置为在区域s1、s2、s3或s4的每次照射之后，在场景的下一个区域的照射之前，仅控制与该区域s1、s2、s3或s4相对应的区域m1、m2、m3或m4的像素的读取。控制电路ctrl2被配置为控制器件205在矩阵的给定区域m1、m2、m3或m4的像素的读取期间不发射光。
142.更具体地，在图8中：在时刻t1与t2之间仅读取区域m1的像素，在时刻t3与t4之间仅读取区域m2的像素，在时刻t5与t6之间仅读取区域m3的像素，并且在时刻t7与t8之间仅
读取区域m4的像素。
143.在传感器2'中，与传感器2相比，读取矩阵的给定区域的像素的持续时间缩短，因为不再需要读取矩阵的所有像素以读取矩阵的给定区域的像素。
144.在替代实施例中，传感器2'如结合图6所描述的那样工作。在这样的替代实施例中，控制电路ctrl2被配置为在每次读取所有像素(这是由控制电路ctrl1'控制的)之前，控制数个连续的照射循环，每个照射循环包括场景的每个区域s1、s2、s3和s4的唯一照射。控制电路ctrl2还被配置为控制照射器件205在矩阵的读取期间不发射光。
145.为了利用线204垂直于线vx的事实，这里提出了读取矩阵200的区域m1、m2、m3或m4的像素，而矩阵200的另一区域正在接收光。然而，当接收光的给定区域m1、m2、m3或m4的像素处于积分阶段时，并且当另一区域的像素同时处于读取阶段时，已经表明使用线204发送到积分阶段的像素的信号的高频换向在读取阶段的像素的输出信号中产生噪声，输出信号在vx线上可用。该噪声例如经由提供给不同的电路和传感器的所有像素的参考电压gnd和/或由线vx与线204之间的交叉耦合进行发送。
146.为了抑制这种噪声，这里提出了一种分体接地(split ground)和偏置的策略，以最小化不想要的耦合。更具体地，像素矩阵被划分成两个隔离的半部。此外，分隔的或电去耦的电源电压、参考电压、偏置电压和控制信号被提供给每个矩阵半部。然后可以读取矩阵的一半的像素，同时对另一半的像素进行积分，而不会产生噪声。现在将描述实现该策略的间接飞行时间传感器的不同实施例。
147.图9示出了根据另一实施例的间接飞行时间传感器2”。传感器2”类似于图7中的传感器2'，并且仅详细描述这两个传感器之间的差异。在图9中，照射器件205及其控制电路ctrl2未示出。
148.在传感器2”中，矩阵200被分成两个半部p1和p2。更具体地，矩阵200的p1部分与p2部分之间的分隔平行于线204。
149.矩阵200的p1部分和p2部分相邻，p1部分沿着p2部分设置。更具体地，每一列包括属于p1部分的第一部分或第一半部，以及属于p2部分并与该列的第一部分对齐的第二部分或第二半部。例如，p1部分和p2部分具有与p1部分和p2部分之间的分隔相对应的公共边缘。
150.此外，平行于矩阵的列并且垂直于线204的线vx在矩阵200的p1部分与p2部分之间的分隔处被中断。换句话说，矩阵200的p1部分的线vx和矩阵的p2部分的线vx在矩阵200的p1部分与p2部分之间的分隔处结束。换句话说，矩阵的p1部分的线vx与矩阵的p2部分的线vx隔离，并且p1部分(分别还有p2部分)的线vx不在p2部分(分别还有p1部分)之上或之下延伸。在图9中，为了不使图复杂化，p1部分的仅一条线vx用虚线表示，并且p2部分的仅一条对应的线vx用虚线表示。
151.当p2部分的线vx和p1部分的线vx属于矩阵200的同一列时，这两条线vx彼此对应。例如，在矩阵200的每一列中，当p1部分的线vx选择性地耦合到设置在该列中的p1部分的像素的给定输出时，p2部分的线vx对应于p1部分的线vx，并且该线vx选择性地耦合到设置在该列中的p2部分的像素的对应输出。
152.矩阵200的p1部分与矩阵200的p2部分电去耦。更具体地，矩阵200的像素1所属的半导体衬底具有包括矩阵200的p1部分的第一部分和包括矩阵200的p2部分的第二部分。换句话说，衬底的第一部分包括矩阵的p1半部，并且衬底的第二部分包括矩阵的p2半部。
153.使用穿过衬底的隔离结构将衬底的第一部分和第二部分彼此隔离，隔离结构优选地为设置在像素之间以将像素彼此隔离的隔离结构。
154.图10示出了根据一个示例的图9的传感器的两个相邻像素1的非常示意性的顶视图。图11示出了沿着图10的平面aa的非常示意性的横截面视图。在该示例中，两个相邻像素1属于矩阵的同一列，但是属于两个不同的相邻行。像素1设置在半导体衬底1003中和半导体衬底1003上。
155.在图10和图11的示例中，两个相邻像素由隔离结构1000横向界定或包围，隔离结构1000在图10中由简单的线示意性地表示。隔离结构1000穿过衬底1003。如在图11中可以更详细地看出，隔离结构1000优选地为由隔离层1002与半导体衬底1003隔离的电容性深沟槽隔离(capacitive deep trench insulation，cdti)，即填充有导电材料1001的沟槽。优选地，导电材料是金属(例如钨或铝)或者金属合金。事实上，使用金属或金属合金允许降低光学串扰。
156.在该示例中，每个像素1的区pd由电容性深沟槽隔离1005(例如图10视图中的u形隔离结构1005)横向界定。每个像素1的存储区mem1和mem2由结构1000的一部分和结构1005的与结构1000的该部分相对且平行的一部分限定或界定。换句话说，每个存储区mem1、mem2在垂直于其长度的方向上由相应结构1000和1005的两个平行部分横向界定。
157.在该示例中，每个像素1还包括传递器件tgmem1和tgmem2、耦合器件tgrd1和tgrd2、晶体管112、以及选择器件108，晶体管112和108由两个相邻像素共享。
158.图10和图11所示的示例不是限制性的。例如，矩阵200的像素可以被布置成4个像素的组，每组的像素共享相同的晶体管112和108。在另一示例中，矩阵200的每个像素具有其自己的晶体管112和108。此外，每个像素的存储区mem1和mem2可以由不是横向界定像素的隔离结构1000的一部分的cdti来界定。
159.此外，尽管在图10和图11的示例中，隔离结构1000是cdti类型的，但是在其他示例中，该隔离结构可以是深沟槽隔离(deep trench insulation，dti)，即填充有隔离材料的沟槽，该dti穿过衬底。
160.返回参考图9，例如，矩阵的p1部分的所有像素1的集合被界定衬底的第一部分的隔离结构1000包围，并且矩阵的p2部分的所有像素的集合被界定衬底的第二部分的另一隔离结构1000包围。
161.提供给衬底的第一部分的参考电压gnd和提供给衬底的第二部分的参考电压gnd彼此电去耦。例如，提供给衬底的第一部分，或者换句话说，提供给矩阵的p1部分的每个像素的参考电压gnd由传感器2”的第一焊盘900提供，并且提供给衬底的第二部分，或者换句话说，提供给矩阵的p2部分的每个像素的另一参考电压gnd由传感器2”的第二焊盘902提供。每个焊盘900、902接收芯片外参考电压gnd。每个焊盘900、902充当低通滤波器，如图9中由在每个焊盘中串联的电阻r和电感l示意性地表示的。
162.优选地，隔离结构1000是cdti。在这种情况下，优选地向界定矩阵200的p1部分的结构1000提供偏置电压，该偏置电压与向界定矩阵200的p2部分的结构1000提供的偏置电压电去耦。例如，在图9中，矩阵200的p1部分的cdti 1000的偏置电压由电压发生器904提供，并且矩阵200的p2部分的cdti 1000的偏置电压由电压发生器906提供，发生器906与发生器904电去耦。
163.代替控制电路ctrl1'，传感器2”包括控制电路ctrl1”。控制电路ctrl1”被配置为控制矩阵200的像素的读取阶段和积分阶段。控制电路ctrl1”被配置为向线204提供控制信号tg1和tg2(图1)。控制电路ctrl1”还被配置为向线206提供控制信号rd。
164.在图9的实施例中，各自连接到控制电路ctrl1”的线204平行于线vx。每条线204由矩阵的对应行的所有像素共享。在图9中，为了避免使图复杂化，矩阵的每个部分p1、p2只有一条线204用虚线表示。此外，为了避免使图复杂化，在图9中仅按行表示了一条线204。然而，在实践中，每个像素经由两条对应的线204接收控制信号tg1和tg2(图1)，并且因此，每一行与用于将信号tg1发送到该行的所有像素的一条线204相关联，以及与用于将信号tg2发送到所有这些像素的另一条线204相关联。
165.尽管在图9中未示出，但是提供给矩阵200的像素的其他控制信号优选地由控制电路ctrl1'提供。此外，类似于已经针对图7的传感器2'所描述的，传感器2”包括其他导线(未示出)，以向矩阵200的像素提供其他控制信号和电压。例如，在图9的实施例中，传感器2”包括：对于矩阵200的每一行，用于向该行的所有像素发送或提供控制信号tgab(图1)的导线；对于矩阵200的每一行，用于将偏置电压vab(图1)发送到该行的所有像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将电压gnd(图1)发送到该行的所有像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将信号rd(图1)发送到该行的每个像素的导线；对于矩阵200的每一行，用于将信号rd1(图1)发送到该行的所有像素的导线；以及对于矩阵200的每一行，用于将信号rd2(图1)发送到该行的所有像素的导线。
166.控制电路ctrl1”和ctrl2(图9中未示出)例如借助于耦合电路ctrl1”和ctrl2的同步电路sync(图9中未示出)进行同步。
167.至于传感器2'，传感器2”的矩阵200被分成多个区域，矩阵的区域总数优选地等于场景的区域总数。在图9的示例中，矩阵200被分成4个区域m1、m2、m3和m4。每个区域m1、m2、m3、m4包括平行于导线204的像素1的相邻线。在图9的实施例中，每个区域m1、m2、m3、m4包括平行于线204的像素1的两条相邻线，或者换句话说，每个区域m1、m2、m3、m4包括像素1的两条相邻线。如已经针对传感器2和2'所描述的，在传感器2”中，矩阵200和器件205(图9中未示出)相对于彼此设置，使得场景的每个区域对应于矩阵200的区域m1、m2、m3、m4。在图9的示例中，区域m1和m2属于矩阵200的p1部分，区域m3和m4属于矩阵200的p2部分。
168.控制电路ctrl1'被配置为以类似于针对控制电路ctrl1'(图7)所描述的方式，向矩阵200的不同区域m1、m2、m3和m4提供不同的控制信号tg1和tg2。与图7的传感器2'的控制电路ctrl1'相比，控制电路ctrl1”还被配置为同时控制矩阵200的p1半部和p2半部中的一个的区域的像素中的电荷转移，以及p1半部和p2半部中的另一个的区域的像素的读取。例如，当p1部分的区域m1或m2的像素处于由控制电路ctrl1”控制的读取阶段(分别还有处于积分阶段)时，p2部分的区域m3或m4的像素处于由控制电路ctrl1”控制的积分阶段(分别还有处于读取阶段)。
169.优选地，对于提供给矩阵200的p1部分的至少一个像素1并且同时提供给矩阵的另一p2部分的至少一个像素1的每个电压电平，传感器2”包括被配置为向矩阵的p1部分提供该电压电平的电压发生器，以及被配置为向矩阵的另一p2部分提供该电压电平的电压发生器。这两个发生器彼此电去耦。
170.在图9中，例如，这是针对由控制电路ctrl1'提供给线204的信号tg1和tg2来图示
的。更具体地，当矩阵的像素1处于读取阶段时，在该像素的区pd(图1)与区mem1和mem2(图1)之间没有电荷转移。因此，经由对应的线204提供给该像素的转移器件tgmem1和tgmem2(图1)的控制信号tg1和tg2被维持在无效状态，在该示例中无效状态对应于低电压电平tgmeml。当像素1既不处于读取阶段也不处于积分阶段时，发生同样的情况。然而，当矩阵的像素1处于积分阶段时，在区pd(图1)与区mem1和mem2(图1)之间执行电荷转移。因此，经由对应的线204提供给该像素的转移器件tgmem1和tgmem2(图1)的控制信号tg1和tg2在它们的无效状态(在该示例中为低电压电平tgmeml)与它们的有效状态(在该示例中对应于高电压电平tgmemh)之间重复地换向。结果，在传感器2”中，信号tg1和tg2的电压电平tgmemh从不被同时提供给p1部分的像素和p2部分的像素，而低电压电平tgmeml被同时提供给p1部分的像素和p2部分的像素。因此，传感器2”包括被配置为向矩阵200的p1部分提供电压电平tgmeml的电压发生器910，以及被配置为向矩阵200的p2部分提供电压电平tgmeml的电压发生器912。此外，如图9所示，传感器2”可以仅包括一个被配置为提供电压电平tgmemh的电压发生器908，该电压电平tgmemh例如可替代地由控制电路ctrl1”提供给矩阵的p1部分和p2部分。
171.尽管这里仅针对电压电平tgmeml示出了两个发生器的提供，这两个发生器彼此电去耦并且被配置为同时向矩阵200的p1和p2两个部分提供相同的电压电平，但是本领域技术人员能够实现其他成对的电去耦的电压发生器，以用于产生同时向矩阵的p1和p2两个部分提供的任何电压电平。
172.根据图9所示的一个实施例，传感器2”包括耦合到矩阵200的p1半部的线vx的第一读取电路readout1，以及耦合到矩阵200的p2半部的线vx的第二读取电路readout2。
173.电路readout1(分别还有readout2)被配置为接收矩阵200的p1部分(分别还有p2部分)的像素的输出信号，当这些像素被选择时，该输出信号耦合到p1部分(分别还有p2部分)的vx线。每个读取电路readout1和readout2例如包括多个模数转换器(adc)，优选地，对于耦合到该读取电路的每条vx线有一个adc。
174.电路readout1接收参考电压(在该示例中为接地gnd)，并且电路readout2接收参考电压(在该示例中为接地gnd)。电路readout1的参考电压gnd与电路readout2的参考电压电去耦。例如，施加到电路readout1的参考电压gnd由传感器2”的第三焊盘912提供，并且施加到电路readout2的另一参考电压gnd由传感器2”的第四焊盘914提供。每个焊盘912、914接收芯片外参考电压gnd。每个焊盘912、914充当低通滤波器，如图9中由在每个焊盘中串联的电阻r和电感l示意性地表示的。
175.图12示出了图示根据一个实施例的图9的传感器的操作的计时图。更具体地，在该示例中，要捕获的场景被分成4个区域s1、s2、s3和s4，并且根据时间，图12t示出了由传感器2”的照射器件205发射的光(“光”)，s1、s2、s3或s4中的哪个区域接收光(“场景的被照射区域”)，p1部分的区域m1、m2或者p2部分的区域m3、m4中的哪个对应区域接收反射光并使其像素对光进行积分(“p1的积分区域”和“p2的积分区域”)，以及读取p1部分的区域m1、m2或者p2部分的区域m3、m4中的哪个区域(“p1的读取区域”和“p2的读取区域”)。在该示例中，器件205以周期性光脉冲串的形式发光。
176.在时刻t20与时刻t20之后的时刻t21之间，器件205以方向o1朝向场景的区域s1发射光。由该区域s1反射的光被矩阵的p1部分的对应区域m1接收。接收光的积分阶段仅在m1
区域的像素中完成，因此仅在矩阵的p1部分中完成。
177.在时刻t21与时刻t21之后的时刻t22之间，器件205以方向o3朝向场景的区域s3发射光。由该区域s3反射的光被矩阵的p2部分的对应区域m3接收。接收光的积分阶段仅在m3区域的像素中完成，因此仅在矩阵的p2部分中完成。同时，矩阵的p1部分的区域m1被读取。更具体地，区域m1的像素的读取由控制电路ctrl1”控制，并且通过一行接一行地读取区域m1的像素来完成。
178.在时刻t22与时刻t22之后的时刻t23之间，器件205以方向o2朝向场景的区域s2发射光。由区域s2反射的光被矩阵的对应区域m2接收，并且仅在区域m2的像素中执行积分阶段，因此仅在矩阵的p1部分中执行积分阶段。同时，类似于在时刻t21与t22之间读取区域m1的方式，读取矩阵200的p2部分的区域m3。
179.在时刻t23与时刻t23之后的时刻t24之间，器件205以方向o4朝向场景的区域s4发射光。由区域s4反射的光被矩阵的对应区域m4接收，并且仅在区域m4的像素中执行积分阶段，因此仅在矩阵的p2部分中执行积分阶段。同时，类似于在时刻t21与t22之间读取区域m1的方式，读取矩阵200的p1部分的区域m2。
180.在时刻t24与时刻t24之后的时刻t25之间，类似于在时刻t21与t22之间读取区域m1的方式，读取矩阵200的p2部分的区域m4。在时刻t25，可以计算场景的深度图。更具体地，深度图是基于时刻t21与t22之间读取的区域m1、时刻t22与t23之间读取的区域m2、时刻t23与t24之间读取的区域m3、以及时刻t24与25之间读取的区域m4的像素的输出信号而生成的。
181.如在图12所表示的，在时刻t24与t25之间，器件205可以以方向o1朝向场景的区域s1发射光，使得反射光仅被区域m1积分。这允许启动对要捕获的场景的新采集，这类似于在时刻t20与t25之间描述的。在另一示例中，在时刻t25之后，并且在如时刻t20与t25之间所述那样实施的场景的新采集之前，提供消隐(blanking)时间。
182.图13以非常示意性的方式示出了根据一个实施例的图9的传感器的实施方式。图13是电路readout1和readout2相对于矩阵200的设置的顶视图。
183.在该实施例中，电路readout1沿着矩阵200的第一边缘设置在矩阵的p1半部的一侧，电路readout2沿着矩阵的第二边缘设置在p2半部的一侧。第一边缘和第二边缘是平行的。更具体地，第一边缘和第二边缘垂直于线vx(图13中未示出)。
184.例如，当电路readout1和readout2属于与矩阵200相同的半导体衬底时，使用电路readout1和readout2相对于矩阵200的这种设置。
185.图14以非常示意性的方式示出了根据一个替代实施例的图9的传感器的实现方式。图14是电路readout1和readout2相对于矩阵200的设置的透视图。
186.在图14的实施例中，矩阵属于第一半导体衬底，并且电路readout1和readout2属于第二半导体衬底。第一衬底堆叠在第二衬底之上。
187.矩阵200的p1部分的线vx例如借助于夹在第一衬底与第二衬底之间的互连结构(未示出)而耦合到电路readout1。类似地，矩阵200的p2部分的线vx例如借助于相同的互连结构而耦合到电路readout2。在图14中，在矩阵200的每个部分p1、p2中，只有一条线vx用虚线表示。
188.优选地，如图14所示，电路readout1被设置在矩阵200的p1部分之下，电路
readout2被设置在矩阵的p2部分之下。
189.图14的实施例允许获得更紧凑的传感器2”。
190.优选地，第二衬底还包括数字电路(例如以cmos技术的方式)，例如用于处理由电路readout1和readout2提供的信号以便生成场景的深度图的电路。
191.图15示出了图9的间接飞行时间传感器2”的替代实施例。仅详细描述了图9的传感器2”与图15的传感器2”之间的差异。在图15中，矩阵200的p1和p2两个部分彼此间隔开，以简化传感器2”的图示，尽管在实践中，这两个部分p1和p2彼此相邻，p1部分沿着p2部分设置，这类似于已经结合图9描述的。
192.在该替代实施例中，第一半导体衬底包括矩阵200，并且位于第二半导体衬底上。换句话说，两个衬底，其中一个堆叠在另一个上。
193.传感器2”还包括换向器1500，为了避免使图复杂化，在图15中仅示出了一个换向器1500。换向器1500属于第二衬底。优选地，换向器1500被设置在矩阵200的p1与p2两个部分之间的分隔之下。传感器2”包括与矩阵200的p1半部包括的线vx一样多的换向器1500。
194.每个换向器1500包括第一输入1501、第二输入1502、输出1503，并且由信号sel控制。每个换向器1500被配置为当信号sel处于第一状态时将其输入1501电耦合到其输出1503，并且当信号sel处于第二状态时将其输入1502耦合到其输出1503。
195.在图15所示的替代实施例中，每个换向器1500将其输入1501连接到矩阵200的p1部分的线vx，并且将其输入1502连接到矩阵200的p2部分的对应线vx。当p2部分的线vx和p1部分的线vx属于矩阵200的同一列时，这两条线彼此对应。在矩阵200的每一列中，例如，当p1部分的线vx选择性地耦合到设置在该列中的p1部分的像素的给定输出时，矩阵200的p2部分的线vx对应于矩阵200的p1部分的线vx，并且p2部分的线vx选择性地耦合到设置在所述列中的p2部分的像素的对应输出。
196.在该替代实施例中，代替两个电路readout1和readout2，传感器2”仅包括一个读取电路readout3。优选地，电路readout3属于与换向器1500相同的衬底。尽管在图15中，p1部分的线vx似乎穿过电路readout3，如虚线部分的线vx所示，但在实践中并非如此。优选地，施加到电路readout3的参考电压gnd由传感器2”的焊盘1505提供，该焊盘1505接收芯片外参考电压gnd，并充当低通滤波器，如图15中由在焊盘1505中串联的电阻r和电感l示意性地表示的。
197.每个换向器1500将其输出端1503优选地连接到电路readout3。例如，电路readout3包括用于每个换向器1500的adc。
198.控制电路(例如控制电路ctrl1”)被配置为控制换向器1500，使得每个换向器的输出1503在矩阵的p1半部的像素的读取期间，耦合到该换向器的输入1501，并且在矩阵的p2半部的像素的读取期间，耦合到该换向器的输入1502。换句话说，用于控制换向器的电路(在该示例中为控制电路ctrl1”)被配置为在矩阵的p1半部的像素的读取期间提供第一状态的信号sel，并且在矩阵的p2半部的像素的读取期间提供第二状态的信号sel。
199.在图15的传感器2”中，当读取矩阵200的p1部分(分别还有p2部分)的像素时，p1部分(分别还有p2部分)的每条线vx通过对应的换向器1500耦合到电路readout3，该电路readout3然后接收这些像素的输出信号。此外，当读取矩阵200的p1部分(分别还有p2部分)的像素时，电路readout3通过换向器1500与p2部分(分别还有p1部分)的线vx隔离。
200.与结合图9描述的传感器2”相比，图15的传感器2”更紧凑，因为它仅包括一个读取电路。
201.图16以非常示意性的方式示出了根据一个实施例的图15的传感器2”的实施方式。图16是电路readout3和换向器1500相对于矩阵200的设置的透视图。
202.如结合图15已指示的，矩阵200属于第一半导体衬底(图16中未示出)，并且换向器1500属于第二半导体衬底(图16中未示出)，第一衬底堆叠在第二衬底之上。
203.矩阵200的p1部分和p2部分的线vx是例如夹在第一衬底与第二衬底之间的互连结构的导线，为了避免使图复杂化，在图16中仅表示p1部分的一条线vx和p2部分的一条对应线vx。
204.换向器1500被设置在矩阵200的p1部分与p2部分之间的分隔之下，或者换句话说，被设置在矩阵200的p1部分和p2部分的公共边缘之下。
205.在该特定实施例中，电路readout3属于与换向器1500相同的衬底。电路readout3优选地设置在矩阵200之下，例如如图16所表示的矩阵的p2部分之下。
206.优选地，第二衬底还包括数字电路(例如以cmos技术的方式)，例如用于处理由电路readout3提供的信号以便生成场景的深度图的电路。
207.例如，结合图15和图16描述的实施例对应于电路readout3的输入的间距等于或窄于矩阵200的两个相邻列之间的矩阵200的像素1的间距的情况，电路readout3的每个输入连接到对应换向器1500的输出1503。
208.图17示出了图9的传感器2”的另一替代实施例。本文仅详细描述了图15的传感器2”与图17的传感器2”之间的差异。
209.在该替代实施例中，传感器2”包括两个读取电路readout4和readout5，而不是读取电路readout3。优选地，电路readout4和readout5属于与换向器1500相同的衬底。尽管在图17中，p1部分(分别还有p2部分)的线vx似乎穿过电路readout4(分别还有readout5)，如虚线部分的线vx所示，但是在实践中并非如此。优选地，施加到电路readout4的参考电压gnd由传感器2”的焊盘1700提供，并且施加到电路readout5的参考电压gnd由传感器2”的焊盘1702提供。每个焊盘1700和1702接收片外参考电压gnd，并且充当低通滤波器，如图17中由在每个焊盘中串联的电阻r和电感l示意性地表示的。
210.如图15所示，每个换向器1500将其输入1501连接到矩阵p1部分的线vx，并且将其输入1502连接到矩阵p2部分的对应线vx。
211.然而，在图17的实施例中，连接到矩阵200的奇数列的线vx的每个换向器1500将其输出1503连接到电路readout4，而连接到矩阵200的偶数列的线vx的每个换向器1500将其输出1503连接到电路readout5。每个电路readout4、redaout5例如包括用于耦合(优选为连接)到该电路的每个换向器1500的adc。
212.如结合图15已指示的，控制电路(例如控制电路ctrl1”)被配置为控制换向器1500，使得每个换向器的输出1503在矩阵的p1半部的像素的读取期间耦合到该换向器的第一输入1501，并且在矩阵的p2半部的像素的读取期间耦合到该换向器的第二输入1502。
213.在图17的传感器2”中，当读取矩阵200的p1部分(分别还有p2部分)的像素时，对于p1部分(分别还有p2部分)的每条线vx，当该线vx属于矩阵200的奇数列时，由对应的换向器1500将该线vx耦合到电路readout4，当该线vx属于矩阵200的偶数列时，由对应的换向器
1500将该线vx耦合到电路readout5，使得这些像素中的每一个像素的每个输出信号被电路readout4或电路readout5接收。此外，在读取p1部分(分别还有p2部分)的像素期间，电路readout4和readout5通过换向器1500与p2部分(分别还有p1部分)的线vx隔离。
214.优选地，换向器1500被设置在矩阵200的p1部分与p2部分之间的间隔之下。优选地，电路readout4被设置在矩阵200的p1部分和p2部分中的一个部分之下，电路readout5被设置在p1部分和p2部分中的另一个部分之下。
215.图18以非常示意性的方式示出了根据一个实施例的图17的传感器2”的实施方式。图18是电路readout4和readout5以及换向器1500相对于矩阵200的设置的透视图。
216.如结合图17已指示的，矩阵200属于第一半导体衬底(图18中未示出)，并且换向器1500属于第二半导体衬底(图18中未示出)，第一衬底堆叠在第二衬底之上。
217.矩阵200的p1部分和p2部分的线vx是例如夹在第一衬底与第二衬底之间的互连结构的导线，为了避免使图复杂化，在图18中仅示出了p1部分的一条线vx和p2部分的一条对应线vx。
218.换向器1500被设置在矩阵200的p1部分与p2部分之间的间隔之下，或者换句话说，被设置在矩阵200的p1部分和p2部分的公共边缘之下。
219.在该特定实施例中，电路readout4和redaout5属于与换向器1500相同的衬底。电路readout4被设置在矩阵200的p1部分和p2部分中的一个部分之下，电路readout5被设置在p1部分和p2部分的另一个部分之下。在图18的示例中，电路readout4被设置在矩阵的p1部分之下，电路readout5被设置在矩阵的p2部分之下。
220.优选地，第二衬底还包括数字电路(例如以cmos技术的形式)，例如用于处理由电路readout4和readout5提供的信号以便生成场景的深度图的电路。
221.例如，结合图17和图18描述的实施例对应于电路readout4和readout5的输入的间距大于矩阵200的两个相邻列之间的矩阵200的像素1的间距的情况，电路readout4和readout5的每个输入都连接到对应换向器1500的输出1503。
222.已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。具体地，尽管在上述实施例中，要捕获的场景被分成仅4个区域s1、s2、s3和s4，照射器件205被配置为通过一次仅照射一个区域来将光导向场景的区域s1、s2、s3、s4中的每一个区域，并且矩阵200被分成4个相应的区域m1、m2、m3和m4，但是本领域技术人员能够实施这样的实施例，其中场景被分成多于(或少于)4个的区域，器件205被配置为独立地照射场景的这些区域中的每一个区域，并且矩阵200被分成多个区域，使得矩阵的每个区域对应于场景的一个区域。此外，本领域技术人员能够实现其中矩阵200的像素不同于结合图1描述的像素1的实施例，并且更具体地针对结合图10和图11描述的特定示例。
223.最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变型的实际实现方式在本领域技术人员的能力范围内。