CN111885324A - 一种图像传感器、采集模组及tof深度相机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像传感器，包括由多个像素构成的像素阵列；其中，所述像素包括：读入电路、以及读出电路；所述读入电路被配置为将入射的光子转换成电子，并将所述电子传输至所述读出电路；所述读出电路包括有复位晶体管、源极跟随晶体管、选择晶体管、以及浮置扩散节点；所述浮置扩散节点分别连接所述读入电路和所述复位晶体管的源极；所述源极跟随晶体管被配置为增益为恒定值且趋近于1。本发明通过采用源极跟随晶体管，具有更好的线性度和更大(高)的像素转换增益，且该源极跟随晶体管的增益为恒定值且趋近于1，由此降低了像素的非线性，从而提高了TOF深度相机的线性度。

Description

一种图像传感器、采集模组及TOF深度相机

技术领域

本发明涉及TOF深度相机技术领域，尤其涉及一种图像传感器、采集模组及TOF深度相机。

背景技术

TOF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，TOF深度相机为基于从目标物体反射回来的光来标识和映射目标物体，其核心部件包括光源和图像传感器，光源被配置为朝向目标物体发射光，图像传感器被配置为接收由目标物体反射回来的反射光。在TOF深度相机中，由目标物体反射回来的反射光入射到图像传感器，入射光子转换成电子，再从电子转换成电压，电压通过ADC转化成数字编号，这些过程均会产生非线性的，可见，这些非线性大多数都是图像传感器引起的，因此，提高TOF深度相机的线性度主要是通过提高图像传感器的线性度来实现。

图像传感器通过光电二极管将入射光子转换成电子，再从电子转换成电压，电压通过ADC转化成数字信号。ITOF深度相机在此基础上会增加调制过程，根据不同抽头收集到的电子数量比例分析发射和接收脉冲光束的时间差，从而计算出距离。

图像传感器根据入射到像素表面光子量输出相应的数字信号，由于像素器件以及读出电路的非理想性，图像传感器随着入射光子数量和输出的数字码并不是一个完全线性的关系，所以通过不同抽头收集光子个数比例计算出来的距离也存在相应的非线性。

图像传感器的非线性误差来源于多个模块，而对于像素来讲非线性主要源于源极跟随晶体管产生的非线性增益以及像素浮置扩散节点上的积分电容和像素输出电压的相关性。而且像素带来的非线性在整个图像传感器的非线性中占主导，因此，像素级进行线性度优化是降低整个图像传感器的非线性最直接的方法。通过提高图像传感器的线性度，可以提高TOF深度相机的线性度，从而可以大大减少后续标定工作，降低标定成本，提升校正效率。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器、采集模组及TOF深度相机，以解决上述背景技术问题中的至少一种问题。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种图像传感器，包括由多个像素构成的像素阵列；其中，所述像素包括：读入电路、以及读出电路；

所述读入电路被配置为将入射的光子转换成电子，并将所述电子传输至所述读出电路；

所述读出电路包括有复位晶体管、源极跟随晶体管、选择晶体管、以及浮置扩散节点；所述浮置扩散节点分别连接所述读入电路和所述复位晶体管的源极；所述源极跟随晶体管被配置为增益为恒定值且趋近于1，以消除体效应。

在一些实施例中，所述源极跟随晶体管被配置为增益且满足：

其中，g_m.SF表示源极跟随晶体管栅极-漏极跨导，R_s表示电流源的输出阻抗。

在一些实施例中，所述源极跟随晶体管为P沟道金属氧化物半导体晶体管，所述源极跟随晶体管的衬底连接至一个独立的N阱。

在一些实施例中，所述读出电路还包括有电压源，所述源极跟随晶体管的源极分别耦接所述电压源和所述选择晶体管。

在一些实施例中，所述读入电路包括电荷生成单元、连接所述电荷生成单元的电荷存储单元、以及连接所述电荷存储单元的电荷传输单元。

在一些实施例中，所述电荷生成单元用于将入射的光信号转换成电信号，其包括有光电二极管以及多个曝光控制晶体管，通过所述多个曝光控制晶体管交替地将所述光电二极管累积的电荷存储至所述电荷存储单元。

在一些实施例中，所述电荷存储单元为电容或PN结；所述电荷传输单元为电子传输晶体管。

在一些实施例中，还包括有防溢出晶体管，所述防溢出晶体管的源极连接所述电荷生成单元，以避免曝光结束后，所述电荷生成单元的电子溢出至所述电荷存储单元。

本发明实施例的另一技术方案为：

一种采集模组，包括有透镜单元以及前述任一实施例方案所述的图像传感器。

本发明实施例的又一技术方案为：

一种TOF深度相机，包括：

发射模组、被配置为向目标物体发射光束；

前述实施例方案所述的采集模组，被配置为采集经所述目标物体反射回的至少一部分反射光信号；

控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，同步所述发射模组以及所述采集模组的触发信号以计算光束由所述发射模组发出并被所述采集模组接收所需要的时间。

本发明技术方案的有益效果是：

相较于现有技术，本发明通过采用PMOS型晶体管的源极跟随晶体管，具有更好的线性度和更高的像素转换增益，且该源极跟随晶体管的增益为恒定值且趋近于1，由此降低了像素的非线性，从而提高了TOF深度相机的线性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例深度相机的示意图；

图2为本发明一个实施例图像传感器的电路示意图；

图3为本发明一个实施例图像传感器的像素的模块示意图；

图4为本发明一个实施例图像传感器的三抽头像素的电路图示；

图5为本发明一个实施例图像传感器的另一种三抽头像素的电路图示；

图6为本发明另一个实施例图像传感器的三抽头像素的电路图示；

图7为本发明另一个实施例图像传感器的三抽头像素的另一电路图示；

图8为本发明另一个实施例图像传感器的三抽头像素的又一电路图示。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1所示，图1为本发明实施例提供的一种TOF深度相机的结构示意图。TOF深度相机10包括发射模组11、采集模组12以及控制与处理器13。其中，发射模组11提供发射光束30发射至目标空间以照射空间中的物体20，至少部分发射光束30经物体20反射后形成反射光束40，反射光束40至少部分被采集模组12采集；控制与处理器13分别与发射模组11和采集模组12连接，同步发射模组11以及采集模组12的触发信号以计算光束由发射模组11发出并被采集模组12接收所需要的时间，即发射光束30与反射光束40之间的飞行时间t，进一步，目标物体的距离D可由下式计算出：

D＝c·t/2 (1)

其中，c为光速。

发射模组11包括光源以及光源驱动器(图中未示出)等。光源可以是发光二极管(LED)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等光源，也可以是由多个光源组成的光源阵列，光源所发射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。

采集模组12包括有图像传感器121、透镜单元、滤光片(未图示)等。其中，透镜单元接收并将由物体反射回的至少部分光束成像在图像传感器121上，滤光片选择与光源波长相匹配的窄带滤光片，用于抑制其余波段的背景光噪声。图像传感器可以是电荷耦合元件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等组成的图像传感器阵列，阵列大小代表着该深度相机的分辨率，比如320x 240等。

一般地，图像传感器121包括至少一个像素，每个像素则包含多个抽头(tap，用于在相应电极的控制下存储并读取或者排出由入射光子产生的电荷信号)，比如包括3个抽头，在单个帧周期(或单次曝光时间内)内以一定的次序依次切换抽头以采集相应的光子，以接收光信号并转换成电信号，读取电荷信号数据。

控制与处理器13可以是独立的专用电路，比如包含CPU、存储器、总线等组成的专用SOC芯片、FPGA芯片、ASIC芯片等等，也可以包含通用处理电路，比如当TOF深度相机被集成到如手机、电视、电脑等智能终端中时，终端的处理电路可以作为该控制与处理器13的至少一部分。

在一些实施例中，控制与处理器13用于提供光源发射激光时所需的调制信号(发射信号)，光源在调制信号的控制下向待测物发射脉冲光束；此外控制与处理器13还提供图像传感器121各像素中抽头的解调信号(采集信号)，抽头在解调信号的控制下采集包含待测物反射回的脉冲光束所产生的电荷信号，并基于该电信号计算出相位差以获得物体20的距离。比如，在三抽头的情况下，计算物体的距离表达式如下：

其中，c为光速；T_h为激光单个曝光脉宽；Q1、Q2、Q3分别为3个抽头的总电荷量。

如图2所示，图像传感器121可包括被布置成行和列的图像传感器像素22(在本申请中称为像素)的像素阵列21和控制电路24(其可包括例如图像信号处理电路)。像素阵列21可包含数百或数千行和数百或数千列的图像传感器像素22。控制电路24可耦接到行解码电路26和列解码器电路27。在一些实施例中，也可在衬底28上形成像素阵列21、控制电路24、行解码电路26和列解码器电路27。在一些实施例中，行解码电路26、列解码器电路27和控制电路24也可以为图1所示的控制与处理器13的一部分。根据实际需要，图像传感器121的一些部件或所有部件可替代地形成在除衬底28之外的衬底上，该衬底可通过例如引线结合或倒装芯片的方式结合到衬底28上。

行解码电路26可从控制电路24接收行地址、并且通过行控制路径23将对应的行控制信号，诸如防溢出信号(DRN)、复位控制信号(RST)、电荷存储信号(SG)、三个抽头的曝光控制信号(MG1、MG2、MG3)、行选择信号(SEL)、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素22。可将一根或多根导线(诸如，列线32)耦接至阵列21中的像素22的每一列。列线32可用于从像素22读出图像信号和用于提供偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)给像素22。根据实际需要，在像素读出操作期间，可使用行解码电路26选择阵列21中的像素行，并且可沿列线32读出由该像素行中的图像像素22产生的图像信号。

在一些实施例中，行选择信号(SEL)用于选择像素适当的行。行解码电路26可经由行控制路径23解码以使其能够使用行选择信号(SEL)选择适当的行并且将对应的复位控制信号(RST)、电荷存储信号(SG)和其它信号提供至选择解码的行。复位控制信号(RST)信号可被施加到选择的行中的像素以将这些像素重置为预先确定的高电压电平。防溢出信号(DRN)可在曝光结束后将光电二极管(PD)收集的电子释放到电源，避免收集电子溢出到三个抽头的电荷存储部分。

列解码器电路27可通过列线32接收图像信号(例如，由像素22生成的模拟像素值)。列解码器电路27可包括用于对从阵列21读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟-数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的锁存电路，或者耦接到阵列21中的一个或多个像素列以用于操作像素22和用于从像素22读出图像信号的其它电路。列解码器电路27中的ADC电路可将从阵列21接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。列解码器电路27可针对一个或多个像素列中的像素通过路径25将数字像素数据提供给控制电路24。

在一些实施例中，列解码器电路27可从行中接收PIXOUT信号，并处理这些信号以计算抽头的电荷量Q1、Q2和Q3，根据这些电荷量计算物体的距离。列选择允许顺序接收来自对应的行选择信号(SEL)选择的行中的每个像素的像素输出。控制电路24可提供适当的行地址输入以选择像素的行并且也可将适当的列地址输入提供至列解码器电路27，以使像素列单元能够从选择的行中的指定像素接收输出PIXOUT。

在传统的像素中，光子首先转换成电子，电子积累之后转换成模拟电压，并通过源极跟随晶体管(SF)，由于体效应和电流源的输出电阻，从浮置扩散节点(FD)到像素输出的源极跟随晶体管的电压增益(G_SF)不是恒定值。G_SF的值对像素的输出电压具有复杂的电压依赖性，这会降低像素的线性度。

因此，本发明实施例提出一种图像传感器以解决由于G_SF对像素的输出电压的相关性，降低像素非线性度的问题，且将该图像传感器应用于前述的采集模组以及采用该采集模组的TOF深度相机10中，但不意味着这种图像传感器仅能应用在TOF深度相机中，任何其它装置中凡是直接或间接利用该方案都应被包含在本发明的保护范围之内。

图3是本发明一个实施例图像传感器的像素的主要模块示意图，图4是本发明一个实施例图像传感器的三抽头像素的电路图示。需要说明的是，本发明实施例以三抽头像素为例进行说明，但是并不仅限于三抽头像素。为了便于讨论，该三抽头像素电路可被分为两个操作单元：读入电路60和读出电路70。

读入电路60，被配置为将入射的光子转换成电子，在全局曝光模式下将收集到的电子分别存储到三个抽头相应的存储单元，并依次将三个抽头采集的电子传输至读出电路70。

在一个实施例中，读入电路60包括电荷生成单元601、电荷存储单元602、以及电荷传输单元603。其中，电荷生成单元601用于将入射至图像传感器121的光信号转换成电信号，其包括有光电二极管(PD)以及多个曝光控制晶体管，通过多个曝光控制晶体管交替地将光电二极管累积的电荷存储至对应的电荷存储单元。具体地，本发明实施例中，电信号根据第一曝光控制晶体管(MG1)生成第一电信号，根据第二曝光控制晶体管(MG2)生成第二电信号，根据第三曝光控制晶体管(MG3)生成第三电信号。MG1、MG2和MG3在全局曝光的时候，交替地将光电二极管累积的电荷存储至对应的电荷存储单元。

电荷存储单元602连接所述电荷生成单元601，被配置为存储所述电信号。本发明实施例中，电荷存储单元602包括第一电荷存储单元SG1、第二电荷存储单元SG2和第三电荷存储单元SG3，以分别与第一曝光晶体管MG1、第二曝光晶体管MG2和第三曝光晶体管MG3连接，被配置为分别存储第一电信号、第二电信号和第三电信号。在一个实施例中，电荷存储单元可以为电容、PN结或者其它，在此对其不做限制。

电荷传输单元603连接所述电荷存储单元，被配置为将所述电信号传输至读出电路70。本发明实施例中，电荷传输单元603包括第一电荷传输单元TG1、第二电荷传输单元TG2和第三电荷传输单元TG3，以分别连接所述第一电荷存储单元SG1、第二电荷存储单元SG2和第三电荷存储单元SG3，用于将电荷存储单元602存储的电荷传输至读出电路70。在一个实施例中，电荷传输单元可以为电子传输晶体管。

读出电路70被配置为将所述电荷存储单元的电信号作为像素传输以及读取所述像素的信号。具体地，本发明实施例中，读出电路70被配置将所述第一电荷存储单元SG1、第二电荷存储单元SG2和第三电荷存储单元SG3存储的电荷作为像素传输以及读取所述像素的信号。

在本发明实施例中，读出电路70包括复位晶体管(RST)、源极跟随晶体管(SF)、选择晶体管(SEL)和浮置扩散节点(FD)。其中，浮置扩散节点分别连接电荷传输单元和复位晶体管的源极，复位晶体管被配置为根据复位控制信号重置浮置扩散节点的电压。一旦像素被选择晶体管选择并被复位晶体管重置，即关闭电荷传输单元，此时将浮置扩散节点处的电压作为重置电压输出。在曝光结束后，将电子转移到浮置扩散节点通过源极跟随晶体管作为信号电压读出，通过后续相关双采样电路(CDS)传输至ADC单元被转换成适当的数字信号。

在本发明实施例中，选择晶体管为P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，源极跟随晶体管为P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，为了方便说明，后面用PMOS型选择晶体管和PMOS型源极跟随晶体管进行表述。

其中，源极跟随晶体管用来驱动后续电路，其源极可耦接电压源和选择晶体管。在传统像素中采用NMOS实现的源极跟随晶体管，由于体效应和电流源的有限输出电阻，从浮置扩散节点到像素输出的源极跟随晶体管电压增益不是恒定值，其与像素输出电压存在一个复杂的相关性，表达式如下：

其中，g_m.SF表示源极跟随晶体管栅极-漏极跨导；R_s表示电流源的输出阻抗；χ表示体效应跨导比；γ表示体效应参数；λ表示调制参数；μ表示电子迁移率；C_OX表示单位氧化物电容；

表示费米电势；W表示源极跟随晶体管的宽度；L表示源极跟随晶体管的长度；V_DD表示电压源；V_PIX表示输出的像素信号。

根据公式(3)可以知道源极跟随晶体管电压增益(G_SF)的值对像素的输出电压具有复杂的依赖性，这会造成像素的非线性，从而影响TOF深度相机的非线性。因此在本实施例中，通过采用PMOS型源极跟随晶体管，并且将PMOS型源极跟随晶体管的衬底连接到一个独立的N阱，从而可以消除PMOS型源极跟随晶体管的体效应，且可以实现更高的转换增益，降低读出噪声，其增益满足下列表达式：

其中，g_m.SF表示源极跟随晶体管栅极-漏极跨导；R_s表示电流源的输出阻抗。

由于公式(4)中g_m.SF·R_s远大于1，因此G_SF趋近于1。相比于传统像素中源极跟随晶体管的增益，本发明实施例中的源极跟随晶体管的增益是个恒定值且趋近于1，不随输出电压变化，由此降低了像素的非线性，从而提高了TOF深度相机的线性。可以理解的是，提高了TOF深度相机的线性可以减少后续标定过程，不再需要对每一个距离点进行标定。

针对ITOF应用场景的复杂性，比如室外的强环境光,在一个实施例中，如图5所示，读出电路70还包括转换增益控制晶体管(LG)和双转换增益电容(C_LG)；其中，转换增益控制晶体管连接于复位晶体管(RST)与浮置扩散节点(FD)之间，双转换增益电容连接于固定电平与转换增益控制晶体管的漏极，通过控制转换增益控制晶体管的栅极电压，从而实现转换增益控制。可以理解的是，双转换增益的电容可以为MIM、MOM、MOS电容、寄生电容等，在本发明实施例中，不做特别限定。

具体的，第一帧关闭转换增益控制晶体管，则浮置扩散节点FD的积分电容是由复位晶体管(RST)、源极跟随晶体管(SF)、选择晶体管(SEL)带来的寄生电容以及FD到衬底的结电容构成，电容值比较小，从而实现高转换增益；在得到三个抽头各自的具有高转换增益的图像帧后，使能转换增益控制晶体管，此时浮置扩散节点FD的积分电容在原来基础上增加了双转换增益电容CLG，积分电容值变大，降低了像素的转换增益，三个抽头依次获得各自的具有低转换增益的图像帧，最后通过算法对这2帧深度图像进行融合，实现了具有高动态范围的3D深度信息。

在一些实施例中，读出电路70还包括相关双采样(CDS)(未图示)，在相关双采样中，像素的输出可被测量两次：一次是在已知的条件下，另一次是在未知的条件下，可从在未知条件下测量的值减去在已知条件下测量的值，以生成具有与测量的物理量有已知关系的值，代表接收光的像素特定部分的光电子电荷。使用CDS，通过在每个积分时段结束时从像素的信号电压去除像素的参考电压(比如被重置后的像素电压)，如此可降低噪声。

参照图6所示，图6所示为本发明另一实施例图像传感器的像素电路图示，本实施例图像传感器包括读入电路和读出电路，其中读入电路可以采用前述实施例中的读入电路60，具体描述参见前述实施例中的读入电路，在此不再赘述。与前述实施例的区别主要在于读出电路，本实施例图像传感器可解决由于非恒定电容引起的非线性问题。该图像传感器应用于TOF深度相机10中，可以提高TOF深度相机的线性。但是，可以理解的是，不意味着这种图像传感器仅能应用在TOF深度相机中，任何其它装置中凡是直接或间接利用该方案都应被包含在本发明的保护范围之内。

如图6所示，读出电路70包括CTIA电容跨阻放大器701和一个模拟buffer702。其中CTIA电容跨阻放大器701包括复位晶体管(RST)、反馈电容(CINT)、放大器(OPA)。反馈电容(CINT)由金属-绝缘体-金属(MIM)电容构成，具有超低电压系数。放大器701的高增益使得光电电流在反馈电容(CINT)上积分，而不是在电容C_FD上积分，接地电容C_FD由多种非线性电容构成，特别是由于衬底电容和输出电压存在相关性。一般的像素都是通过C_FD积累电荷，因此像素的输出电压和输入光子数量不是成一个线性的关系。而通过在超低电压系数的MIM电容积累电荷，消除了非线性电容带来的非线性，从而使得像素获得高线性输出。由于放大器701具有大的输出阻抗，因此在反馈电容(CINT)电路后增加一个模拟缓冲电路702，可以降低放大器701的输出阻抗，以模拟运算放大器为例进行说明，模拟运算放大器的闭环增益满足如下表达式：

其中，A_OPA表示模拟运算放大器的开环增益。

参照图7所示，在本实施例中，读出电路70采用列共享结构，虚线中的PMOS型晶体管和NMOS型晶体管由这一列所有像素共享，偏置电压VB1、VB2、VB3在像素外产生，从而可以提升整个像素的填充因子。像素转换增益(CG)不再由C_FD决定，而是由MIM反馈电容(CINT)的电容值决定，因此，可以通过配置一个电容值比较小的反馈电容(CINT)实现高转换增益，从而实现更低的读出噪声。

本实施例降低了非恒定电容引起的非线性，从而提高了TOF深度相机的线性。可以理解的是，提高了TOF深度相机的线性可以减少后续标定过程、降低标定成本和提升校正效率。

可以理解的是，本实施例中的模拟缓冲电路702也可以采用图4所示实施例中的PMOS型源极跟随晶体管代替，由于PMOS型源极跟随晶体管的衬底连接到一个独立的N阱，从而可实现更高的转换增益，而且实现更低的噪声。

在一个实施例中，还包括防溢出晶体管(DRN)，防溢出晶体管的源极连接光电二极管，被配置为避免曝光结束后光电二极管一直收集的电子溢出至电荷存储单元。

参照图8所示，在一个实施例中，为了针对ITOF应用场景的复杂性，比如室外强环境光。读出电路70还包括有电容调节管(SLG)和双转换增益电容(C_LG)，通过控制电容调节管(SLG)的栅极电压，可以实现不同的反馈电容值。在第一帧关闭电容调节管，积分电容是由MIM电容CINT决定，从而实现了一个高转换增益。在得到三个抽头各自的具有高转换增益的图像帧后，使能电容调节管，此时积分电容在原来基础上增加了一个双转换增益电容(C_LG)，相当于另外一个MIM电容，反馈电容值变大，降低了像素的转换增益，三个抽头依次获得各自的具有低转换增益的图像帧，最后通过算法对这2帧深度图像进行融合，实现了具有高动态范围的3D深度信息。

需要说明的是，在上述实施例中，未特意强调的晶体管均可被描述为NMOS型晶体管。然而，任何或所有晶体管都可替代地为PMOS型晶体管。

作为本发明另一个实施例，还提供一种电子设备，所述电子设备包括有前述任一实施例方案所记载的图像传感器；电子设备可以是台式、桌面安装设备、便携式设备、可穿戴设备或车载设备以及机器人等。具体的，设备可以是笔记本电脑或电子设备，以允许手势识别或生物识别。在其他示例中，设备可以是头戴式设备，以获取用户周围环境的距离信息，标识用户周围环境的对象或危险，以确保安全，例如，阻碍用户对环境视觉的虚拟现实系统，可以检测周围环境中的对象或危险，以向用户提供关于附近对象或障碍物的警告。在其它示例中，还可以是应用在无人驾驶等领域的设备。

可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括由多个像素构成的像素阵列；其中，所述像素包括：读入电路、以及读出电路；

所述读入电路被配置为将入射的光子转换成电子，并将所述电子传输至所述读出电路；

所述读出电路包括有复位晶体管、源极跟随晶体管、选择晶体管、以及浮置扩散节点；所述浮置扩散节点分别连接所述读入电路和所述复位晶体管的源极；所述源极跟随晶体管被配置为增益为恒定值且趋近于1，以消除体效应。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述源极跟随晶体管被配置为增益满足：

其中，g_m.SF表示源极跟随晶体管栅极-漏极跨导，R_s表示电流源的输出阻抗。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述源极跟随晶体管为P沟道金属氧化物半导体晶体管，所述源极跟随晶体管的衬底连接至一个独立的N阱。

4.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述读出电路还包括有电压源，所述源极跟随晶体管的源极分别耦接所述电压源和所述选择晶体管。

5.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述读入电路包括电荷生成单元、连接所述电荷生成单元的电荷存储单元、以及连接所述电荷存储单元的电荷传输单元。

6.如权利要求5所述的图像传感器，其特征在于：所述电荷生成单元用于将入射的光信号转换成电信号，其包括有光电二极管以及多个曝光控制晶体管，通过所述多个曝光控制晶体管交替地将所述光电二极管累积的电荷存储至所述电荷存储单元。

7.如权利要求5所述的图像传感器，其特征在于：所述电荷存储单元为电容或PN结；所述电荷传输单元为电子传输晶体管。

8.如权利要求5所述的图像传感器，其特征在于：还包括防溢出晶体管，所述防溢出晶体管的源极连接所述电荷生成单元，以避免曝光结束后，所述电荷生成单元的电子溢出至所述电荷存储单元。

9.一种采集模组，其特征在于：包括有透镜单元以及权利要求1-8任一项所述的图像传感器。

10.一种TOF深度相机，其特征在于，包括：

发射模组、被配置为向目标物体发射光束；

如权利要求9所述的采集模组，被配置为采集经所述目标物体反射回的至少一部分反射光信号；

控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，同步所述发射模组以及所述采集模组的触发信号以计算光束由所述发射模组发出并被所述采集模组接收所需要的时间。

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