CN208314204U - 一种抗环境光干扰的tof 3d深度图像传感器 - Google Patents
一种抗环境光干扰的tof 3d深度图像传感器 Download PDFInfo
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Abstract
一种抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器，包括像素阵列、行列译码电路和外围读出模块，像素阵列由多个像素单元构成，每个像素单元包括光电二极管PD、积分电路和读出电路，还包括增设在每个像素单元上的电流补偿电路，所述电流补偿电路包括采样电容Cs、偏置晶体管M1和采样开关SW，采样开关SW的一端设置在光电二极管PD与积分电路之间、另一端连接采样电容Cs的一端及偏置晶体管M1的栅极连接，采样电容Cs的另一端与偏置晶体管M1的源极连接，偏置晶体管M1的漏极连接在光电二极管PD与积分电路之间。TOF3D深度图像传感器外还镀有晶圆级镀窄带滤光材料和增透膜。本实用新型增加电流补偿电路来减小环境光的干扰，采用晶圆级镀膜进一步实现抗环境光干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及图像传感领域，具体涉及一种抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器。
背景技术
TOF 3D深度图像传感器是利用时间飞行时间技术来测量场景的深度信息，通过给目标连续发送光脉冲信号，像素传感器接收目标物体返回的光信号，计算光脉冲信号飞行时间来获得目标物体的距离。发送的光脉冲信号一般为850nm的近红外光，然而TOF 3D图像传感器对周围环境光(如太阳光、照明光等)极为敏感，实际情况下红外滤光层不能完全滤除环境光，仍有部分环境光折射到高阻外延层，产生光电流，对TOF 3D深度图像传感器的动态范围产生影响，容易饱和，抗环境光性能有待提高。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对现有深度图像传感器存在的上述不足，提供一种抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器，增加电流补偿电路来减小环境光的干扰，提高TOF 3D深度图像传感器的抗环境光性能；采用晶圆级镀膜增加近红外光的穿透强度，减小环境光影响，进一步提高TOF 3D深度图像传感器的抗环境光性能。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器，包括像素阵列、行列译码电路和外围读出模块，像素阵列由多个像素单元构成，每个像素单元包括光电二极管PD、积分电路和读出电路，还包括增设在每个像素单元上的电流补偿电路，所述电流补偿电路包括采样电容Cs、偏置晶体管M1和采样开关SW，采样开关SW的一端设置在光电二极管PD与积分电路之间、另一端连接采样电容Cs的一端及偏置晶体管M1的栅极连接，采样电容Cs的另一端与偏置晶体管M1的源极连接，偏置晶体管M1的漏极连接在光电二极管PD与积分电路之间。
按上述方案，所述TOF 3D深度图像传感器外还镀有一层晶圆级镀窄带滤光材料(作为红外滤光层)。
按上述方案，所述TOF 3D深度图像传感器紧接着窄带滤光材料外还镀有一层增透膜，增透膜厚度等于近红外光在增透膜介质中波长的四分之一。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1、在TOF 3D深度图像传感器的像素单元增加电流补偿电路来减小环境光的干扰，提高 TOF 3D深度图像传感器的抗环境光性能；
2、采用晶圆级镀膜，在晶圆制造后镀窄带滤光材料和增透膜，增加850nm近红外光的穿透强度，同时滤除环境光，只允许信号光穿透，进一步实现抗环境光干扰。
附图说明
图1为本实用新型TOF 3D深度图像传感器及其像素单元电路结构示意图；
图2为本实用新型TOF 3D深度图像传感器的部分横截面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进行详细的描述。
参照图1所示，本实用新型所述的抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器，包括像素阵列、行列译码电路和外围读出模块，像素阵列由多个像素单元构成，每个像素单元包括光电二极管PD、积分电路和读出电路，还包括增设在每个像素单元上的电流补偿电路，如图1 虚线框所示，所述电流补偿电路包括采样电容Cs、偏置晶体管M1和采样开关SW，采样开关SW的一端设置在光电二极管PD与积分电路之间、另一端连接采样电容Cs的一端及偏置晶体管M1的栅极连接，采样电容Cs的另一端与偏置晶体管M1的源极连接，偏置晶体管 M1的漏极连接在光电二极管PD与积分电路之间。
图1中，I1和I2分别为光电二极管PD接收到环境光和信号光产生的电流。若像素单元没有电流补偿电路，则I2是光电二极管PD接收环境光和信号光产生的电流总和，都被积分电路积分，使得积分电路容易饱和，减小了其动态范围；若增加了电流补偿电路，则电流补偿电路产生与由环境光导致的电流相等的电流信号，两者相抵消，只剩下信号光产生的电流信号被积分电路积分，即I2等于光电二极管PD接收到信号光产生的电流，增加其动态范围。电流补偿电路的工作原理如下：分为采样和保持两个阶段，在采样阶段，即激光器未发送信号光脉冲时，采样开关SW闭合，偏置晶体管M1的栅极与源极间电压差VGS增大，直至电流I1与光电二极管PD接收到环境光产生电流相等，此时采样电容Cs两端的电压差与偏置晶体管M1的VGS相等，信号电流I2为0，积分电路保持恒定；在保持阶段，即激光器发送信号光脉冲时，采样开关SW断开，采样电容Cs保持其两端电压差不变，偏置晶体管M1的电流I1(漏电流)保持不变，等于光电二极管PD接收到环境光产生的电流，电流I2等于PD 接收到信号光脉冲产生的电流，积分电路只对信号进行积分。
参照图2所示，在TOF 3D深度图像传感器生产制造后，对整体晶圆进行后加工处理， TOF 3D深度图像传感器外镀上一层晶圆级镀窄带滤光材料(作为红外滤光层)，如图2反斜线区域所示，该材料具有窄带滤波效果，只允许850nm的近红外光穿透到达高阻外延层，吸收其他波段的光，因此，在理想情况下，只有信号光产生光电流。
紧接着窄带滤光材料镀完后，镀上一层增透膜，增透膜厚度等于近红外光在增透膜介质中波长的四分之一，减小信号光的反射强度，从而增加透射光的强度，提高信噪比。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器，包括像素阵列、行列译码电路和外围读出模块，像素阵列由多个像素单元构成，每个像素单元包括光电二极管PD、积分电路和读出电路，其特征在于：还包括增设在每个像素单元上的电流补偿电路，所述电流补偿电路包括采样电容Cs、偏置晶体管M1和采样开关SW，采样开关SW的一端设置在光电二极管PD与积分电路之间、另一端连接采样电容Cs的一端及偏置晶体管M1的栅极连接，采样电容Cs的另一端与偏置晶体管M1的源极连接，偏置晶体管M1的漏极连接在光电二极管PD与积分电路之间。
2.根据权利要求1所述的抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器，其特征在于：所述TOF 3D深度图像传感器外还镀有一层晶圆级镀窄带滤光材料。
3.根据权利要求2所述的抗环境光干扰的TOF 3D深度图像传感器，其特征在于：所述TOF 3D深度图像传感器紧接着窄带滤光材料外还镀有一层增透膜，增透膜厚度等于近红外光在增透膜介质中波长的四分之一。
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