130的空间“成像片段”。相机仅对位于距离D JP D u之间的场景的特征记录在选通231期间从场景所反射的光。作为示例，对于相同的光脉冲和选通宽度τ和延迟T，c (Τ- τ)/2,?υ= c (Τ+ τ ) /2，并且成像片段具有厚度c τ，其中c是光的速度。
[0053]来自每个光脉冲141由位于成像片段中的场景130中的特征所反射的光在相机120上入射，由镜头121收集并在光电传感器20的奇数像素行35的像素32上成像。来自光脉冲141的由场景130中的特征所反射的光由图2Α中的用于场景130的两个区域的光脉冲146的列145来不意性地表不。来自光脉冲列145由在光电传感器20中对应的像素32上成像的场景130的特定区域所反射的光脉冲146被沿图2Β中的时间线图200的时间线240示意性示出。图200中的光脉冲146被用头顶箭头241示出，该箭头从右指向左以指示光脉冲是从场景130传播回选通3D相机120的所反射的光脉冲。
[0054]来自在短曝光周期231期间在奇数像素行35中开启像素32上成像的所反射的脉冲列145的多个光生成光电子，所述光电子被存储在像素的存储区域42中。响应于在短曝光周期231期间给定的所反射的光脉冲146生成并存储的光电子的量基本上成比例于给定光脉冲146与曝光周期231的时间重叠。所反射的光脉冲146与短曝光周期231的时间重叠由光脉冲146中的阴影区域150和门231来指示。响应于光脉冲列145中的所反射的光脉冲146与存储在奇数像素行35中的给定像素32的存储区域42中的光电子相关联的电荷的量提供了在像素32上成像的场景130的成像片段中的特征的选通光的测量。在用于由控制器124选通开启光电传感器20达短曝光周期231 (图2Β)的最后发送的光脉冲141 (图2Α)之后，光电传感器20在奇数像素行35中的存储区域42中获取了许多光电子，所述光电子提供了对场景130中的特征的选通光的测量。
[0055]在获取了场景130的选通光之后，控制器124可选地控制相机120以在偶数像素行36上成像场景130以获取场景130的未选通光。为了获取未选通光，控制器124可选地将零电压施加到奇数像素行35中的像素32的栅电极G2和G3以关闭奇数行中的像素，施加电压Vb以开启偶数像素行36中的像素32，并随后为它们提供扩大的耗尽区。控制器124随后控制相机120以重复上述获取选通光的过程，但在由光源126发送光脉冲141以照亮场景130之后在相对长的曝光周期使用选通光电传感器20。
[0056]在本发明的实施例中，在控制相机120以累积在奇数像素行35中的像素32中的光电子以提供场景130的选通光的测量以及在偶数像素行36中的像素32中的光电子以提供场景的未选通光的测量之后，控制器124控制光电传感器20以获取光电传感器的一帧。可选地，该控制器对表示选通和未选通光的该帧中的电压进行处理以提供到场景130中的特征的距离。根据本发明的实施例，响应于在具有扩大的耗尽区的像素中所产生的光电子所确定的所提供的距离的特点在于相对增强的精确度。
[0057]在本申请的说明书和权利要求书中，动词“包括”、“包含”和“具有”及其组合中的每一个是用来指示该动词的一个或多个宾语不一定是该动词的一个或多个主语的组件、元素、或部分的完整列表。
[0058]在本申请中作为示例提供了对本发明的各实施例的描述，而不旨在限制本发明的范围。所描述的实施例包括不同的特征，对于本发明的所有实施例来说并不是所有的特征都是必需的。一些实施例只利用部分特征或特征的可能组合。本领域的技术人员会想到所描述的本发明的各实施例的变型以及本发明的各实施例包括在所描述的各实施例中注明的特征的不同组合。本发明的范围仅由权利要求来限定。
【主权项】
1.一种光电传感器，包括: 第一和第二相邻的感光像素，每个像素包括: 包括具有耗尽区的np结的光电二极管区域，在所述耗尽区中，响应于入射光生成光电荷载流子； 累积并存储在所述光电二极管区域中生成的光电荷载流子的存储区域，所述存储区域包括具有耗尽区的np结； 以及至少一个栅电极，通过所述栅电极可以施加电压以控制所述存储区域的耗尽区；以及 控制器，所述控制器配置所述第一像素的所述至少一个栅电极的电压以扩大在所述第一像素中的存储区域的耗尽区，以便其延伸入所述第二像素的光电二极管区域并生成使得在所述第二像素的光电二极管区域中生成的光电荷漂移到并被存储在所述第二像素的存储区域中的电场。2.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述控制器配置给所述第二像素的所述至少一个栅电极的电压，以便与所述第二像素的光电二极管区域中的np结相关联的耗尽区是相对小的。3.如权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，所述相对小的耗尽区在空间范围内基本上仅仅受在所述第二像素的光电二极管区域中的np结的掺杂浓度的限制。4.如权利要求2或3所述的光电传感器，其特征在于，所述第一像素的扩大的耗尽区的延伸入所述第二像素的所述光电二极管区域内的一部分位于所述第二像素的光电二极管区域中的所述相对小的耗尽区之下。5.如前述权利要求中任一项所述的光电传感器，其特征在于，所述至少一个栅电极包括多个栅电极，并且所述控制器将电压施加到所述第一像素的多个栅电极中的一个栅电极以防止光电荷载流子从所述第二像素的存储区域漂移到所述第一像素的存储区域。6.如前述权利要求中任一项所述的光电传感器，其特征在于，在配置了所述第一像素的至少一个栅电极的电压以提供所述第一像素的扩大的耗尽区之后，控制器配置施加给所述第二像素的至少一个栅电极的电压以便所述第二像素的存储区域的耗尽区延伸到所述第一像素的光电二极管区域。7.如前述权利要求中任一项所述的光电传感器，其特征在于，包括所述第一和第二像素落在其上的基板电极，并且其中所述控制器控制施加给所述基板电极的电压以选通关闭和开启所述第一像素。8.如权利要求7所述的光电传感器，其特征在于，在维持所述第一像素的至少一个电极上的用于为所述第一像素提供所述扩大的耗尽区的电压配置的同时，所述控制器选通关闭和开启所述第一像素。9.一种可操作以确定到场景中的特征的距离的3D飞行时间相机，所述相机包括: 光源，所述光源可被控制以发射光脉冲来照亮所述场景；以及 根据权利要求10所述的光电传感器，其中所述控制器控制施加给所述基板电极的电压以正常选通关闭所述第一像素和选通开启所述第一像素达一曝光周期以不时地响应于光脉冲被发射的时间接收并记录由所述场景中的特征所反射的来自所述光脉冲的光，使得在所述曝光周期期间由所反射的光在所述扩大的耗尽区中生成的光电子漂移到并被存储在所述第一像素的所述存储区域中。10.一种用于控制包括第一和第二相邻的感光像的光电传感器的方法，每个所述像素具有用于生成光电荷的光电二极管区域、用于存储光电荷的存储区域以及用于控制所述像素的操作的至少一个栅电极，所述方法包括配置给所述第一和第二像素的所述至少一个栅电极的电压，以便第一个像素以及接着是另一个像素在其存储区域中累积在这两个像素的光电二极管区域中生成的光电荷载流子。
【专利摘要】一种用于控制具有相邻感光像素的光电传感器的方法，在所述像素中，由在光电传感器上入射的光在像素的耗尽区中生成光电荷，所述方法包括对光电像素的栅电极施加电压以便所述像素之一的耗尽区延伸入并位于另一像素的耗尽区的一部分之下。
【IPC分类】H04N5/3728, G01S7/486, G01S17/89, H01L27/146, H04N5/372, H04N5/355, H01L27/148
【公开号】CN105144698
【申请号】CN201480015903
【发明人】D·科恩, S·费尔芩式特恩, E·拉里, G·叶海弗
【申请人】微软技术许可有限责任公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2014年3月12日
【公告号】US20140267613, WO2014150628A1