DE102022124675A1 - PMD-Sensor mit mehreren Halbleiterebenen - Google Patents
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Abstract
PMD-Sensor mit wenigstens zwei Halbleiterebenen,wobei auf einer ersten Halbleiterebene (Tier 1) PMD-Pixel und Ausleseschaltungen angeordnet sind,wobei eine weitere Halbleiterebene (Tier 2, Tier 3) Speicherschaltungen aufweist,die Halbleiterebenen sind gestapelt aufgebaut und über Verbindungsleitungen (Via) verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft einen PMD-Sensor mit mehreren Halbleiterebenen.
- Sensoren mit mehreren Halbleiterebenen sind beispielsweise aus der
EP 3118898 B1 bekannt. - Mit Lichtlaufzeitpixel sollen hier insbesondere Pixel umfasst sein, die Entfernungen aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeitpixel bzw. 3D-Pixel, TOF-Pixel sind insbesondere PMD-Pixel mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u.a. in der
DE 197 04 496 A1 beschrieben sind. Die Pixel kommen insbesondere in 3D-Kameras zum Einsatz, wie sie beispielsweise von der Firma ‚ifm electronic GmbH‘ oder ‚pmdtechnologies ag‘ als O3D-Kamera zu beziehen sind. - 2D Imager / Bildsensoren verwenden verschiedene Strukturen zum Zweck der kTC-Rauschunterdrückung mittels CDS (correlated double sampling, korrelierten Doppelabtastung) im global shutter Betrieb. Aus der
US 7361877 B2 sind entprechende Pixel bekannt, die eine zusätzliche ,pinned diode' als Zwischenspeicher aufweisen, welcher rauschfrei ausgelesen werden kann. - Aus der
US 2013 / 0 120 180 A1 ist bereits eine Schaltungsanordnung eines Komparators eines Single-Slope-A/D-Wandler-Schaltkreises für CMOS-Bildsensoren bekannt, die eine korrelierte Doppelabtastung aufweist. Eine Eingangseinheit weist sowohl Eingänge für Signal- und Referenzwerte eines Pixels als auch Eingänge für separat generierte Referenzwerte auf. - Die
US 10 200 641 B2 - Aufgabe der Erfindung ist es, den Füllfaktor eines PMD-Sensors zu verbessern.
- Die Aufgabe wird durch den PMD-Sensor gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen schematisch:
-
1 ein 3D-ToF-Pixel mit zwei Ebenen, -
2 eine mögliche Schaltung eines 3D-Tof-Pixels gemäß1 , -
3 eine Variante einer Speicherschaltung, -
4 ein 3D-ToF-Pixel mit drei Ebenen. - Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
-
1 zeigt ein 3D ToF Pixel insbesondere PMD-Sensor mit 2 Ebenen (Tier 1, Tier 2). Tier 1 ist als Sensorwafer ausgebildet und enthält die Pixel und Tier 2 ist als Logikwafer ausgebildet und enthält die Speicher. - Die Speicher sind als Sample and Hold (Abtast- und Haltestufe), bzw. als Differenzstufe ausgestaltet. Jeder Speicher ist einem Pixelkanal oder einer Gruppe von Pixelkanälen zugeordnet.
-
2 zeigt eine mögliche Ausführung des 3D Tof-Pixel-Konzept gemäß1 . Das 3D ToF Pixel umfasst ein pmd Mischerelement mit zwei Terminals (A, B). Optional, hier nicht dargestellt, können auch Drain Gates vorgesehen sein. Zu jedem Terminal sind ein erstes Transfergate 1 (TX1) mit integriertem Memory Node (MNx), ein zweites Transfergate 2 (TX2) und eine Floating Diffusion FD zugeordnet. Die Ausleseschaltung weist einen Resetschalter RST, eine Floating Diffusion mit einem SourceFolger SF1 und einen Global-Schalter GS auf. Der Schalter DCG ist optional. Sowohl das skizzierte Pixel als auch die Ausleseschaltung bzw. RO (Read Out)-Schaltung sind auf dem Sensorwafer Tier 1 aufgebaut. - Die Speicherschaltung ist vorzugsweise für ein CDS-Verfahren ausgebildet und weist einen Speicherbereich für das Reset-Signal und dem Nutzsignal auf. Die Speicherschaltung ist auf dem Logikwafer Tier2 aufgebaut.
-
3 zeigt eine Variante des vorgenannten 3D ToF Pixel bei der die Speicherschaltung auf dem Logikwafer Schaltung zur direkten Differenzbildung aufweist. - Grundsätzlich lässt sich mit der Vorrichtung die korrelierte Differenzbildung (CDS-Correlated Double Sampling) vornehmen.
- In einem anderen Verfahren dient der Speicher als Zwischenspeicher, so dass die Auslese parallel zur Integration möglich ist.
- In einem weiteren Verfahren dient der Speicher als Zwischenspeicher, um unterschiedliche Phasen aufzunehmen. Auch hier verläuft die Auslese parallel zur Integration.
- Weiterhin kann es vorgesehen sein, ein Pixel-Binning vorzusehen.
-
4 zeigt ein 3D ToF Pixel mit 3 Ebenen (Tier 1, Tier 2, Tier 3). Tier 1 ist als Sensorwafer und Tier 2 und 3 sind als Logikwafer ausgebildet. Tier 1 enthält die Pixel, Tier 2 die Analog-Digitalwandler ADC und Tier 3 die Speicher. Die Analog-Digitalwandler ADC sind jeweils einem Pixelkanal oder einer Gruppe von Pixelkanälen zugeordnet. Die Speicher sind vorzugsweise als Sample and Hold (Abtast- und Haltestufe), bzw. als Differenzstufe ausgestaltet, wobei die Speicher jeweils einem ADC oder einer Gruppe von ADCs zugeordnet sind. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 3118898 B1 [0002]
- DE 19704496 A1 [0003]
- US 7361877 B2 [0004]
- US 20130120180 A1 [0005]
- US 10200641 B2 [0006]
Claims (4)
- PMD-Sensor mit wenigstens zwei Halbleiterebenen, wobei auf einer ersten Halbleiterebene (Tier 1) PMD-Pixel und Ausleseschaltungen angeordnet sind, wobei eine weitere Halbleiterebene (Tier 2, Tier 3) Speicherschaltungen aufweist, die Halbleiterebenen sind gestapelt aufgebaut und über Verbindungsleitungen (Via) verbunden.
- PMD-Sensor nach
Anspruch 1 , bei dem die weitere Halbleiterebene eine Speicherschaltung zur Zwischenspeicherung der akkumulierten Ladungen ausgebildet ist. - PMD-Sensor nach
Anspruch 2 , bei dem die Speicherschaltung zur Durchführung eines correlated double sampling CDS ausgebildet ist. - PMD-Sensor nach
Anspruch 1 , bei dem der PMD-Sensor drei Halbleiter ebenen aufweist, wobei auf einer zweiten Halbleiterebene (Tier 2) Analog-Digital-Wandler (ADC) angeordnet sind, und auf einer dritten Halbleiterebene (Tier 3) Speicher zur Zwischenspeicherung von digitalen Werte der Analog-Digital-Wandler der zweiten Halbleiterebene (Tier 2) angeordnet sind.
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Citations (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19704496A1 (de) | 1996-09-05 | 1998-03-12 | Rudolf Prof Dr Ing Schwarte | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Phasen- und/oder Amplitudeninformation einer elektromagnetischen Welle |
US7361877B2 (en) | 2005-05-27 | 2008-04-22 | Eastman Kodak Company | Pinned-photodiode pixel with global shutter |
US20130120180A1 (en) | 2010-05-14 | 2013-05-16 | Shoji Kawahito | A/d converter |
US9247173B2 (en) | 2013-12-26 | 2016-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus and imaging system |
DE102015108961A1 (de) | 2015-06-08 | 2016-12-08 | Pmdtechnologies Gmbh | Bildsensor |
US20170134670A1 (en) | 2014-11-06 | 2017-05-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Sensor having depth sensing pixel and method of using the same |
DE102017125931A1 (de) | 2016-11-18 | 2018-05-24 | pmdtechnologies ag | Lichtlaufzeitpixel |
US10200641B2 (en) | 2014-11-17 | 2019-02-05 | Tohoku University | Optical sensor and solid-state imaging device, and signal reading methods therefor |
EP3118898B1 (de) | 2009-03-19 | 2020-01-08 | Sony Corporation | Halbleiterbauelement und elektronische vorrichtung |
WO2020122010A1 (en) | 2018-12-10 | 2020-06-18 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging device and electronic apparatus |
EP3715906A1 (de) | 2019-03-26 | 2020-09-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Bildgebungsvorrichtung und bildsensor |
DE112018006100T5 (de) | 2017-12-26 | 2020-10-29 | Robert Bosch Gmbh | Einzelchip-rgb-d-kamera |
DE102019213830A1 (de) | 2019-09-11 | 2021-03-11 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung und LIDAR-System mit Sensoranordnung |
US11284028B2 (en) | 2018-02-20 | 2022-03-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors with multiple functions and image sensor modules including the same |
DE112020002523T5 (de) | 2019-05-24 | 2022-03-24 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Festkörper-bildgebungsvorrichtung und abstandsmessvorrichtung |
US20220137226A1 (en) | 2020-04-17 | 2022-05-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Hybrid sensor system and method for providing 3d imaging |
DE102018100571B4 (de) | 2018-01-11 | 2022-06-23 | pmdtechnologies ag | Lichtlaufzeitpixel und Verfahren zum Betreiben eines solchen |
US20220210357A1 (en) | 2020-12-28 | 2022-06-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Imaging device and method of controlling the same |
US20220217326A1 (en) | 2019-05-17 | 2022-07-07 | Flir Commercial Systems, Inc. | Imager health monitoring systems and methods |
US20220223632A1 (en) | 2019-03-28 | 2022-07-14 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Light receiving device and distance measuring module |
US20220276351A1 (en) | 2019-03-08 | 2022-09-01 | Osram Gmbh | Component and sensor for a lidar sensor system, lidar sensor system and method for a lidar sensor system |
US11444005B2 (en) | 2017-10-19 | 2022-09-13 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Semiconductor device, imaging device, and manufacturing apparatus |
-
2022
- 2022-09-26 DE DE102022124675.2A patent/DE102022124675A1/de active Pending
Patent Citations (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19704496A1 (de) | 1996-09-05 | 1998-03-12 | Rudolf Prof Dr Ing Schwarte | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Phasen- und/oder Amplitudeninformation einer elektromagnetischen Welle |
US7361877B2 (en) | 2005-05-27 | 2008-04-22 | Eastman Kodak Company | Pinned-photodiode pixel with global shutter |
EP3118898B1 (de) | 2009-03-19 | 2020-01-08 | Sony Corporation | Halbleiterbauelement und elektronische vorrichtung |
US20130120180A1 (en) | 2010-05-14 | 2013-05-16 | Shoji Kawahito | A/d converter |
US9247173B2 (en) | 2013-12-26 | 2016-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus and imaging system |
US20170134670A1 (en) | 2014-11-06 | 2017-05-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Sensor having depth sensing pixel and method of using the same |
US10200641B2 (en) | 2014-11-17 | 2019-02-05 | Tohoku University | Optical sensor and solid-state imaging device, and signal reading methods therefor |
DE102015108961A1 (de) | 2015-06-08 | 2016-12-08 | Pmdtechnologies Gmbh | Bildsensor |
DE102017125931A1 (de) | 2016-11-18 | 2018-05-24 | pmdtechnologies ag | Lichtlaufzeitpixel |
US11444005B2 (en) | 2017-10-19 | 2022-09-13 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Semiconductor device, imaging device, and manufacturing apparatus |
DE112018006100T5 (de) | 2017-12-26 | 2020-10-29 | Robert Bosch Gmbh | Einzelchip-rgb-d-kamera |
DE102018100571B4 (de) | 2018-01-11 | 2022-06-23 | pmdtechnologies ag | Lichtlaufzeitpixel und Verfahren zum Betreiben eines solchen |
US11284028B2 (en) | 2018-02-20 | 2022-03-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors with multiple functions and image sensor modules including the same |
WO2020122010A1 (en) | 2018-12-10 | 2020-06-18 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging device and electronic apparatus |
US20220276351A1 (en) | 2019-03-08 | 2022-09-01 | Osram Gmbh | Component and sensor for a lidar sensor system, lidar sensor system and method for a lidar sensor system |
EP3715906A1 (de) | 2019-03-26 | 2020-09-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Bildgebungsvorrichtung und bildsensor |
US20220223632A1 (en) | 2019-03-28 | 2022-07-14 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Light receiving device and distance measuring module |
US20220217326A1 (en) | 2019-05-17 | 2022-07-07 | Flir Commercial Systems, Inc. | Imager health monitoring systems and methods |
DE112020002523T5 (de) | 2019-05-24 | 2022-03-24 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Festkörper-bildgebungsvorrichtung und abstandsmessvorrichtung |
DE102019213830A1 (de) | 2019-09-11 | 2021-03-11 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung und LIDAR-System mit Sensoranordnung |
US20220137226A1 (en) | 2020-04-17 | 2022-05-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Hybrid sensor system and method for providing 3d imaging |
US20220210357A1 (en) | 2020-12-28 | 2022-06-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Imaging device and method of controlling the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
FÖLDESY, Péter; ZARÁNDY, Ákos; REKECZKY, Csaba: Configurable 3D-Integrated Focal-Plane Cellular Sensor-Processor Array Architecture. Int. J. Circ. Theor. Appl. 2008; 36:573-588. |
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