CN109644234B - 距离测量装置和距离测量装置的操作方法 - Google Patents

距离测量装置和距离测量装置的操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种距离测量装置。本发明的距离测量装置包括图像传感器和图像传感器驱动器。图像传感器包括：光电二极管；第一电容器和第二电容器；以及分别用于将所述光电二极管的输出传输到所述第一电容器和所述第二电容器的第一传输门和第二传输门。图像传感器驱动器互补地驱动所述第一传输门和所述第二传输门。

Description

距离测量装置和距离测量装置的操作方法
技术领域
本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种距离测量装置和该距离测量装置的操作方法。
背景技术
各种类型的距离测量装置已经被用于测量距目标对象的距离。例如，一些距离测量装置能够借助多个像素捕捉目标对象并且根据目标对象的从多个像素来看的角度差测量距离。其它的距离测量装置能够将光照射到目标对象并且利用光从目标对象反射并返回的飞行时间(ToF)来测量到目标对象的距离。
对于距离测量装置来说，一个关键要素是可靠性。高可靠性距离测量装置能够以相对小的误差测量距离。另一方面，低可靠性距离测量装置以相对大的误差测量距离。为了在现实生活或工业中使用，对具有改进的可靠性的距离测量装置的研究和开发的需求日益增长。
发明内容
技术问题
本发明的示例性实施例提供了一种具有改进的可靠性的距离测量装置和该距离测量装置的操作方法。
技术方案
根据本发明的示例性实施例的距离测量装置包括图像传感器和图像传感器驱动器。图像传感器包括光电二极管、第一电容器、第二电容器以及用于将光电二极管的输出分别传输到第一电容器和第二电容器的第一传输门和第二传输门。图像传感器驱动器用于互补地驱动第一传输门和第二传输门。
根据本发明的实施例的距离测量装置的操作方法包括：通过第一传输门和第二传输门分别对连接到光电二极管的第一电容器和第二电容器充电，将光照射到目标对象，与入射到光电二极管上的光的强度成比例地并且与照射光之后经过的时间成比例地减小第一电容器的电压，与入射到光电二极管上的光的强度成比例地并且与照射光之后经过的时间成反比地减小第二电容器的电压，以及利用第一电容器的电压和第二电容器的电压来测量目标对象和距离测量装置之间的距离。
有益效果
根据本发明的示例性实施例，通过被差分地或互补地控制的传输门将入射到光电二极管上的光测量为电压。因为互补地或者差分地测量距离值，所以提供了具有改进的可靠性的距离测量装置和该距离测量装置的操作方法。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的距离测量装置的框图。
图2是示出图1中的图像传感器的示例的电路图。
图3示出了图2中的第一传输门、第二传输门和光电二极管的垂直剖视图的示例。
图4示出了被提供到图2和图3中的图像传感器的电压和由图像传感器产生的电压的示例。
图5示出了相应于单次工作时间的第一栅极电压和第二栅极电压的示例。
图6示出了模拟结果，其中，在工作时间为1微秒时通过调节第二光的入射时刻来测量第一检测节点和第二检测节点的电压以及第一输出电压和第二输出电压，并且示出了在不同时刻入射的光所形成的输出以相反的方向(在第一输出电压和第二输出电压处输出增加或者减小)变化。
图7示出了第一输出电压和第二输出电压之间的差值根据飞行时间变化的示例。
图8是示出根据本发明的示例性实施例的距离测量装置测量距离的示例的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，在下文中更充分地说明本发明的示例性实施例。然而，本发明能够以不同的方式实施，并且不应被理解为限制于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明详尽和完整，并且向本领域的技术人员充分地传达本发明的范围。
图1是根据本发明的示例性实施例的距离测量装置100的框图。参照图1，距离测量装置100包括光源110、光源驱动器120、图像传感器130、图像传感器驱动器140和控制器150。
光源110能够在光源驱动器120的控制下发出第一光L1。例如，光源110能够响应于从光源驱动器120接收的脉冲信号PUL将脉冲形的第一光L1照射到目标对象10。例如，光源110可以是脉冲激光光源。
光源驱动器120能够在控制器150的控制下控制光源110。例如，光源驱动器120从控制器150接收通知距离测量开始的指令，并且在从收到指令时起经过了预定时间时将脉冲信号PUL输出到光源110。作为另一示例，光源驱动器120能够接收请求控制器150输出脉冲信号PUL的指令，并且能够根据所接收的指令将脉冲信号PUL输出到光源110。
图像传感器130能够在图像传感器驱动器140的控制下操作。例如，图像传感器130能够响应于从图像传感器驱动器140接收的复位信号RST而复位。复位图像传感器130意味着先前收集的信息在图像传感器130中被丢弃并且进行收集新信息的准备。图像传感器130能够响应于从图像传感器驱动器140接收的栅极电压VG产生关于在外部接收的光的信息。例如，图像传感器130能够产生关于从目标对象10反射的第二光L2的强度的信息或者关于第二光L2和环境光的信息。图像传感器130能够响应于从图像传感器驱动器140接收的选择信号SEL将收集的信息输出到图像传感器驱动器140。例如，收集的信息能够被传输到输出电压VOUT。
图像传感器驱动器140能够在控制器150的控制下控制图像传感器130。例如，图像传感器驱动器140能够从控制器150接收通知距离测量的开始的指令，并且在从收到指令起经过了预定时间时将复位信号RST、栅极电压VG和选择信号SEL输出到图像传感器130。作为另一示例，图像传感器驱动器140能够从控制器150接收请求控制器150输出复位信号RST、栅极电压VG和选择信号SEL的指令，并且根据所接收的指令将复位信号RST、栅极电压VG和选择信号SEL输出到图像传感器130。图像传感器驱动器140能够将从图像传感器130接收的输出电压VOUT传送到控制器150。
控制器150能够控制光源驱动器120和图像传感器驱动器140来执行距离测量。控制器150能够从图像传感器驱动器140接收输出电压VOUT，并且能够根据输出电压VOUT计算距离测量装置100和目标对象10之间的距离。控制器150能够在诸如液晶显示器(LCD)等显示单元上显示计算出的距离或者能够经由有线或无线接口将计算出的距离传送到另一设备。
在图1中，图像传感器驱动器140已经被描述为将输出电压VOUT传送到控制器150。然而，图像传感器驱动器140也可应用于根据输出电压VOUT计算距离并且将计算出的距离传送到控制器150。
图2是示出图1中的图像传感器130的示例的电路图。作为示例，在图2中示出了图像传感器130的单个像素的例子。图像传感器130也可以包括多个像素。在这种情况下，多个像素中的每一者可以具有与图2所示的结构相同的结构。图像传感器130甚至能够进一步扩展为包括常规的RGB像素。
参照图1和图2，图像传感器130包括第一P型晶体管PT1和第二P型晶体管PT2、第一N型晶体管NT1到第四N型晶体管NT4、第一电容器C1和第二电容器C2、第一传输门TG1和第二传输门TG2以及光电二极管PD。
光电二极管PD的阴极通常连接于第一传输门TG1和第二传输门TG2的第一节点(例如，源极)。光电二极管PD的阳极连接于接地端子。第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2被分别提供到第一传输门TG1和第二传输门TG2的栅极。第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2可从图像传感器驱动器140提供。第一传输门TG1和第二传输门TG2的第二节点(例如，漏极)分别连接到第一检测节点FD1和第二检测节点FD2。
第一电容器C1连接在第一检测节点FD1和接地端子之间。第一检测节点FD1可连接到第一P型晶体管PT1的第二节点(例如，漏极)，并且可连接到第一N型晶体管NT1的栅极。第二电容器C2连接在第二检测节点FD2和接地端子之间。第二检测节点FD2可连接到第二P型晶体管PT2的第二节点(例如，漏极)，并且可连接到第三N型晶体管NT3的栅极。
第一P型晶体管PT1的第一节点(例如，源极)连接到提供有电源电压VDD的电源节点。第一P型晶体管PT1的第二节点(例如，漏极)连接到第一检测节点FD1。第一复位信号RST1被提供到第一P型晶体管PT1的栅极。第一复位信号RST1可从图像传感器驱动器140提供。第二P型晶体管PT2的第一节点(例如，源极)连接到提供有电源电压VDD的电源节点。第二P型晶体管PT2的第二节点(例如，漏极)连接到第二检测节点FD2。第二复位信号RST2被提供到第二P型晶体管PT2的栅极。第二复位信号RST2可从图像传感器驱动器140提供。
第一N型晶体管NT1的第一节点(例如，源极)连接到第二N型晶体管NT2的第一节点(例如，源极)。第一N型晶体管NT1的第二节点(例如，漏极)连接到电源端子。第一N型晶体管NT1的栅极连接到第一检测节点FD1。第二N型晶体管NT2的第一节点(例如，源极)连接到第一N型晶体管NT1的第一节点(例如，源极)。第二N型晶体管NT2的第二节点(例如，漏极)可以是输出第一输出电压VOUT1的第一输出端子。第一选择信号SEL1被提供到第二N型晶体管NT2的栅极。第一选择信号SEL1可从图像传感器驱动器140提供。
第三N型晶体管NT3的第一节点(例如，源极)连接到第四N型晶体管NT4的第一节点(例如，源极)。第三N型晶体管NT3的第二节点(例如，漏极)连接到电源端子。第三N型晶体管NT3的栅极连接到第二检测节点FD2。第四N型晶体管NT4的第一节点(例如，源极)连接到第三N型晶体管NT3的第一节点(例如，源极)。第四N型晶体管NT4的第二节点(例如，漏极)可以是输出第二输出电压VOUT2的第二输出端子。第二选择信号SEL2被提供到第四N型晶体管NT4的栅极。第二选择信号SEL2可从图像传感器驱动器140提供。
作为示例，第一P型晶体管PT1和第二P型晶体管PT2可以是P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)。第一N型晶体管NT1到第四N型晶体管NT4可以是N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)。第一传输门TG1和第二传输门TG2可以是NMOSFET。然而，根据本发明构思的图像传感器130的像素不限于图2所示的结构。例如，P型晶体管和N型晶体管是可互换的，并且电源端子和接地端子是可互换的。
图3示出了图2中的第一传输门TG1、第二传输门TG2以及光电二极管PD的垂直剖视图的示例。参照图2和图3，P型阱212形成在P型基板210中。例如，P型阱212可直接形成于P型基板210上或者形成于在N型阱中形成的袋状p阱(pocket p-well)(未示出)中。P型阱212的掺杂浓度可以高于P型基板210的掺杂浓度。
第一N型区域213、第二N型区域215和第三N型区域217形成在P型阱212中。第一栅极214布置在第一N型区域213和第二N型区域215之间的空间中的P型阱212上。第二栅极216布置在第二N型区域215和第三N型区域217之间的空间中的P型阱212上。第一N型区域213、第二N型区域215和第一栅极214可以构成第一传输门TG1。第二N型区域215、第三N型区域217和第二栅极216可以构成第二传输门TG2。第二N型区域215和P型阱212可以构成光电二极管PD。
在第二光L2入射到第二N型区域215上时，产生光电子。在第一传输门TG1通过第一栅极电压VG1接通时，光电子能够经由第一传输门TG1流动到第一检测节点FD1。在第二传输门TG2通过第二栅极电压VG2接通时，光电子能够经由第二传输门TG2流动到第二检测节点FD2。入射到第二N型区域215上的第二光L2的强度能够通过测量第一检测节点FD1和第二检测节点FD2处的电压变化来测量。
图4示出了提供至图2和图3中的图像传感器130的电压和由图像传感器130产生的电压的示例。参照图1到图3，在距离测量装置100执行距离测量时，图像传感器驱动器140可在第一时刻T1处初始激活复位信号RST1和RST2(例如，逻辑低电平)，并且随后可使复位信号RST1和RST2无效(例如，逻辑高电平)。在复位信号RST1和RST2处于激活状态时，第一P型晶体管PT1和第二P型晶体管PT2接通。在第一P型晶体管PT1和第二P型晶体管PT2接通时，第一检测节点FD1和第二检测节点FD2的电压被充电至电源电压VDD。因为第一电容器C1和第二电容器C2分别连接于第一检测节点FD1和第二检测节点FD2，所以第一检测节点FD1和第二检测节点FD2的电压即使在第一P型晶体管PT1和第二P型晶体管PT2截止时也保持在电源电压VDD处。作为示例，在复位信号RST1和RST2处于激活状态时，第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2能够复位至初始值，例如接地电位。在复位信号RST1和RST2处于激活状态时，第二栅极电压VG2可处于高电平，并且第一栅极电压VG1可处于低电平。因此，由入射在光电二极管PD上的背景光产生的光电子可通过第二传输门TG2传输到第二检测节点FD2。复位信号RST1和RST2的脉冲宽度可以是在第一时刻T1和第二时刻T2之间持续的时间间隔。
在图像传感器130被复位后，例如，在第一电容器C1和第二电容器C2被充电至电源电压VDD之后，光源驱动器120在第二时刻T2处输出脉冲信号PUL。光源110能够以响应于脉冲信号PUL的脉冲形式将第一光L1(例如，激光)照射到目标对象。
在第二时刻T2处能够同步于来自光源110的第一光L1的照射互补地或差分地控制(或者驱动)第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2。例如，图像传感器驱动器140能够使第一栅极电压VG1在预定工作时段(例如是第二时刻T2与第五时刻T5之间的时间间隔)期间从低电平逐渐地增加至高电平。另外，图像传感器驱动器140能够使第二栅极电压VG2在预定工作时段(例如是第二时刻T2与第五时刻T5之间的时间间隔)期间从高电平逐渐地减小到低电平。
当第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2被互补地或差分地驱动时，入射到光电二极管PD上的光的强度被传输到第一检测节点PD1和第二检测节点PD2。例如，第二光L2能够在第三时刻T3和第四时刻T4之间的时间间隔期间入射到光电二极管PD上。当不存在入射光L2时，光电二极管PD仅通过环境光产生光电子。当存在入射光L2时，光电二极管PD通过环境光和第二光L2产生光电子。因此，当第二光L2入射时在光电二极管PD中产生的光电子的数量大于第二光L2未入射时在光电二极管PD中产生的光电子的数量。在第一传输门TG1和第二传输门TG2被互补地或差分地驱动时，它们可作为压控电阻操作。在第一传输门TG1和第二传输门TG2被互补地或差分地驱动时，它们能够以亚阈值操作。
更具体地，高电平和低电平之间的差值能够控制在阈值电压内，该阈值电压处于小于第一传输门TG1和第二传输门TG2的阈值电压的电压范围内。例如，当第一传输门TG1和第二传输门TG2的阈值电压为0.5volt时，第一栅极电压VG1可在第二时刻T2到第五时刻T5之间的时间间隔期间从0.1volt扫至0.4volt。
第一检测节点FD1和第二检测节点FD2处的电压或者向第一电容器C1和第二电容器C2充电的电压即使在不存在入射光L2时也可通过由环境光产生的光电子逐渐减小。在存在入射光L2时，第一检测节点FD1和第二检测节点FD2的电压或者向第一电容器C1和第二电容器C2充电的电压不仅可通过由环境光产生的光电子也可通过由第二光L2产生的光电子进一步减小。即，如图4所示，第一检测节点FD1和第二检测节点FD2的电压在存在入射光L2时显著减小。
为了显著降低由于环境光产生的噪声，可以集成带通滤波器。带通滤波器的传输波段可覆盖第二光L2的特定光谱带。具体地，第二光L2是红外激光，并且带通滤波器可在阻止更高和更低波长的带外信号的同时进行特定红外光谱带的精确传输。第一栅极电压VG1在工作时间期间逐渐增大。因此，当第二光L2入射的时刻更靠近第二时刻T2时，即更靠近照射第一光L1的时刻时，可通过第一传输门TG1传输的光电子的数量减少。在第二光L2入射的时刻更靠近第五时刻T5时，即更靠近第一栅极电压VG1的驱动终止的时刻时，可通过第一传输门TG1传输的光电子的数量增加。类似地，第二栅极电压VG2在工作时间期间逐渐减小。因此，在第二光L2入射的时刻更靠近第二时刻T2时，即更靠近第一光L1照射的时刻时，可通过第二传输门TG2传输的光电子的数量增加。在第二光L2入射的时刻更靠近第五时刻T5时，即更靠近第一栅极电压VG2的驱动终止的时刻时，可通过第二传输门TG2传输的光电子的数量减少。
即，第一传输门TG1能够与入射到光电二极管PD上的光的强度成比例地并且与从照射第一光L1或者通过第一栅极电压VG1驱动第一传输门TG1的第二时刻T2起经过的时间成比例地减小第一检测节点FD1处的电压。第二传输门TG2能够与入射到光电二极管PD上的光的强度成比例地并且与从照射第一光L1或者通过第二栅极电压VG2驱动第二传输门TG2的第二时刻T2起经过的时间成反比地减小第二检测节点FD2处的电压。
参照第二光L2入射的第一曝光间隔EI1，在第二时刻T2和第五时刻T5之间，第二光L2入射的第三时刻T3比第五时刻T5更靠近第一时刻T1。因此，通过第二传输门TG2传输的光电子的数量大于通过第一传输门TG1传输的光电子的数量。第二检测节点FD2处的电压进一步减小第一检测节点FD1处的电压。
在工作时间终止的第五时刻T5处，图像传感器驱动器140可控制第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2，使得第一传输门TG1和第二传输门TG2关闭。例如，图像传感器驱动器140能够将接地电压提供到第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2。
在第六时刻T6处，图像传感器驱动器140激活第一选择信号SEL1和第二选择信号SEL2。当第一选择信号SEL1和第二选择信号SEL2被激活时，第一检测节点FD1和第二检测节点FD2处的电压通过第一N型晶体管NT1和第三N型晶体管NT3传输并且经由第二N型晶体管NT2和第四N型晶体管NT4输出。例如，第二N型晶体管NT2和第四N型晶体管NT4能够输出第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2。
在第七时刻T7时，可以接收第一复位信号RST1和第二复位信号RST2，以测量下一距离。为了在第七时刻T7处测量下一距离，第二栅极电压VG2可以提高至高电平，以除去由环境光在光电二极管PD中积累的光电子。
对于第八时刻T8到第十二时刻T12，可以执行下一距离测量。参照在下一距离测量期间第二光L2入射的第二曝光间隔EI2，第二光L2入射的时刻是第九时刻T9和第十时刻T10。第九时刻T9和第十时刻T10比照射第一光L1的第八时刻T8更靠近工作时间终止的第十一时刻T11。因此，相较于第二检测电压FD2，第一检测电压FD1进一步减小。
如上所述，光电二极管PD产生与入射光的强度(例如，第二光L2的强度)成比例的光电子。即，第一传输门TG1和第二传输门TG2与第二光L2的强度成比例地减小第一检测节点FD1和第二检测节点FD2处的电压。第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2被互补地或差分地控制。第一栅极电压VG1从低电平增大至高电平，并且第二栅极电压VG2从高电平减小至低电平。因此，第一传输门TG1与从照射第一光L1时起经过的时间成比例地减小第一检测节点FD1处的电压，并且第二传输门TG2与从照射第一光L1时起经过的时间成反比地减小第二检测节点FD2处的电压。
第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2不仅互补地或差分地涉及关于第二光L2的亮度的信息，还涉及关于第二光L2入射的时刻是否接近工作时间的起始点或终止点的信息。照射第一光L1的时刻和第二光L2入射的时刻之间的时间可以是飞行时间(TOF)。即，第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2还包括关于工作时间在飞行时间(TOF)中占多少百分比的信息。因此，当利用第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2互补地或差分地计算距离时，提高了计算出的距离的可靠性。
例如，距离测量装置100利用第一输出电压VOUT1与第一输出电压和第二输出电压VOUT2之和的比值以及第二输出电压VOUT2与第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2之和的比值中的至少一者来计算距离。
图5示出了对应于单次工作时间DT的第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2的示例。参照图5，第一栅极电压VG1可在工作时间DT期间从第一正电压逐渐增加到第二正电压。例如，如放大图ED所示，第一栅极电压VG1可阶梯式增加。第一栅极电压VG1的第一正电压可以具有使第一传输门TG1接通的电压电平。
第二栅极电压VG2可在工作时间DT期间从第二正电压逐渐减小至第一正电压。例如，第二栅极电压VG2可阶梯式减小。第二栅极电压VG2的第一正电压可以具有使第二传输门TG2接通的电压电平。
作为示例，第一栅极电压VG1或第二栅极电压VG2的起始电平和终止电平之间的差值ΔV可被控制为低于100mV。
作为示例，可与距离测量装置100(参照图1)的最大测量距离成比例地设置工作时间DT。当工作时间DT增加时，最大测量距离增加。同时，当工作时间DT减小时，最大测量距离减小。例如，工作时间DT被控制为10微秒(μs)以下，并且距离测量装置100的最大测量距离可达到大约1.5km。
图6示出了在工作时间为1微秒时通过调节第二光的入射时刻来测量第一检测节点和第二检测节点的电压以及第一输出电压和第二输出电压的模拟结果。参照图2和图6，当第二光L2入射的时刻靠近第二时刻T2时，第一检测节点FD1处的电压减小得较少，而第二检测节点FD2处的电压减小得较多。即，当第二光L2入射的时刻更靠近第二时刻T2时，第一输出电压VOUT1变为高电平，而第二输出电压VOUT2变为低电平。
类似地，当第二光L2入射的时刻更靠近第五时刻T5时，第一检测节点FD1处的电压减小得较多，而第二检测节点FD2处的电压减小得较少。即，当第二光L2入射的时刻更靠近第二时刻T2时，第一输出电压VOUT1变得更低，而第二输出电压VOUT2变得更高。
图7示出了第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2之间的差值根据飞行时间(TOF)变化的示例。在图7中，横轴表示飞行时间(TOF)，其单位是时间T。纵轴表示从第一输出电压VOUT1减去第二输出电压VOUT2所获得的值，其单位是电压V。
参照图4和图7，当飞行时间(TOF)减小时，第一输出电压VOUT1增大，而第二输出电压VOUT2减小。因此，当飞行时间(TOF)减小时，通过从第一输出电压VOUT1减去第二输出电压VOUT2所获得的值增大。当飞行时间(TOF)增大时，第一输出电压VOUT1减小，而第二输出电压VOUT2增大。因此，当飞行时间(TOF)增大时，通过从第一输出电压VOUT1减去第二输出电压VOUT2所获得的值减小。即，通过从第一输出电压VOUT1减去第二输出电压VOUT2所获得的值与飞行时间(TOF)成反比，并且飞行时间(TOF)可根据通过从第一输出电压VOUT1减去第二输出电压VOUT2所获得的值来计算。
图8是示出根据本发明的示例性实施例的距离测量装置测量距离的示例的流程图。参照图1、图2和图8，在操作S110中，图像传感器驱动器140可激活第一复位信号RST1和第二复位信号RST2。当第一复位信号RST1和第二复位信号RST2被激活时，经由第一传输门TG1和第二传输门TG2连接到光电二极管PD的第一电容器C1和第二电容器C2可被充电至电源电压VDD。
在操作S120中，光源驱动器120输出脉冲信号PUL，使得光源110照射第一光L1。图像传感器驱动器140以与脉冲信号PUL的输出同步的方式驱动第一栅极电压VG1和第二栅极电压VG2。
在操作S130中，图像传感器驱动器140通过第一栅极电压VG1控制第一传输门TG1，使得第一电容器C1的电压与入射到光电二极管PD上的光的强度成比例地减小并且与照射第一光L1之后所经过的时间成比例地减小。
在操作S140中，图像传感器驱动器140通过第二栅极电压VG2控制第二传输门TG2，使得第二电容器C2的电压与入射到光电二极管PD上的光的强度成比例地减小并且与照射第一光L1之后所经过的时间成反比地减小。
在操作S150中，控制器150利用第一电容器C1和第二电容器C2的电压来测量距离。例如，图像传感器驱动器140控制图像传感器130，使得放大第一电容器C1的电压和第二电容器C2的电压以被输出到第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2。控制器150或图像传感器驱动器140利用第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2来测量(或计算)距离。
尽管已经详细地描述了本发明及其优点，但是应当理解，在本文中，在不脱离本发明的通过下述权利要求限定的精神和范围的情况下能够做出各种改变、替换和变型。

Claims (19)

1.一种距离测量装置，其包括：
图像传感器，其包括光电二极管、第一电容器、第二电容器、第一传输门和第二传输门，所述第一传输门和所述第二传输门用于将所述光电二极管的输出分别传输到所述第一电容器和所述第二电容器；以及
图像传感器驱动器，其用于互补地驱动所述第一传输门和所述第二传输门，
其中，所述距离测量装置利用所述第一电容器的电压和所述第二电容器的电压测量目标对象和所述距离测量装置之间的距离，
所述图像传感器驱动器将从低电平增大到高电平的第一栅极电压提供到所述第一传输门，
所述图像传感器驱动器将从所述高电平减小到所述低电平的第二栅极电压提供到所述第二传输门，
所述第一传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与从照射第一光或者通过所述第一栅极电压驱动所述第一传输门的时刻起经过的时间成比例地减小第一检测节点处的电压，并且
所述第二传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与从照射所述第一光或者通过所述第二栅极电压驱动所述第二传输门的时刻起经过的时间成反比地减小第二检测节点处的电压。
2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述第一传输门和所述第二传输门作为压控电阻进行操作。
3.根据权利要求1所述的距离测量装置，还包括：
光源，
其中，所述图像传感器驱动器以与来自所述光源的光的照射同步的方式驱动所述第一栅极电压和所述第二栅极电压。
4.根据权利要求3所述的距离测量装置，其中，所述光源输出脉冲光。
5.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述图像传感器驱动器将所述高电平和所述低电平之间的差值控制在阈值电压内，所述阈值电压处于小于所述第一传输门和所述第二传输门的阈值电压的电压范围内。
6.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述图像传感器驱动器根据被测量的总距离范围控制所述第一栅极电压增大的时间段和所述第二栅极电压减小的时间段。
7.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述图像传感器还包括：第一复位晶体管，其用于以电源电压对所述第一电容器充电；和第二复位晶体管，其用于在驱动所述第一栅极电压和所述第二栅极电压之前以所述电源电压对所述第二电容器充电。
8.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述第一传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与驱动所述第一栅极电压之后所经过的时间成比例地减小所述第一电容器的电压。
9.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述第二传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与驱动所述第二栅极电压之后所经过的时间成反比地减小所述第二电容器的电压。
10.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述图像传感器还包括：
第一晶体管，其用于传输所述第一电容器的电压；和
第二晶体管，其用于传输所述第二电容器的电压。
11.根据权利要求10所述的距离测量装置，其中，所述图像传感器包括：
第一选择晶体管，其以响应于第一选择信号的方式将所述第一晶体管的输出传送到所述图像传感器驱动器；和
第二选择晶体管，其以响应于第二选择信号的方式将所述第二晶体管的输出传送到所述图像传感器驱动器。
12.根据权利要求11所述的距离测量装置，其中，所述图像传感器驱动器在所述第一栅极电压被驱动到所述高电平并且所述第二栅极电压被驱动到所述低电平之后激活所述第一选择信号和所述第二选择信号。
13.根据权利要求1所述的距离测量装置，其还包括：
控制器，其利用通过所述第一电容器获得的第一电压和通过所述第二电容器获得的第二电压，以相应于入射到所述光电二极管上的光的方式计算距对象的距离。
14.根据权利要求13所述的距离测量装置，其中，所述控制器利用所述第一电压与所述第一电压和所述第二电压之和的比值以及所述第二电压与所述第一电压和所述第二电压之和的比值中的至少一者来计算所述距离。
15.一种距离测量装置的操作方法，所述方法包括：
通过第一传输门和第二传输门分别对连接到光电二极管的第一电容器和第二电容器充电；
将光照射到目标对象；
与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与照射所述光之后所经过的时间成比例地减小所述第一电容器的电压；
与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与照射所述光之后所经过的所述时间成反比地减小所述第二电容器的电压；以及
利用所述第一电容器的所述电压和所述第二电容器的所述电压测量所述目标对象和所述距离测量装置之间的距离，
其中，减小所述第一电容器的电压的步骤包括在预定工作时间期间将所述第一传输门的栅极电压从第一电平逐渐增大到第二电平，
所述第一传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与从照射第一光或者通过第一栅极电压驱动所述第一传输门的时刻起经过的时间成比例地减小第一检测节点处的电压，并且
所述第二传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与从照射所述第一光或者通过第二栅极电压驱动所述第二传输门的时刻起经过的时间成反比地减小第二检测节点处的电压。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，与照射光同步地开始减小所述第一电容器的电压的步骤和减小所述第二电容器的电压的步骤。
17.一种距离测量装置的操作方法，所述方法包括：
通过第一传输门和第二传输门分别对连接到光电二极管的第一电容器和第二电容器充电；
将光照射到目标对象；
与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与照射所述光之后所经过的时间成比例地减小所述第一电容器的电压；
与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与照射所述光之后所经过的所述时间成反比地减小所述第二电容器的电压；以及
利用所述第一电容器的所述电压和所述第二电容器的所述电压测量所述目标对象和所述距离测量装置之间的距离，
其中，减小所述第二电容器的电压的步骤包括在预定工作时间期间将所述第二传输门的栅极电压从第二电平逐渐减小到第一电平，
所述第一传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与从照射第一光或者通过第一栅极电压驱动所述第一传输门的时刻起经过的时间成比例地减小第一检测节点处的电压，并且
所述第二传输门与入射到所述光电二极管上的光的强度成比例地并且与从照射所述第一光或者通过第二栅极电压驱动所述第二传输门的时刻起经过的时间成反比地减小第二检测节点处的电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，与所述距离测量装置的最大测量距离成比例地确定所述工作时间。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述工作时间之后执行测量所述目标对象和所述距离测量装置之间的距离的步骤。
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