JP7308830B2 - コンピュータビジョンアプリケーションのためのグロバールシャッタピクセル回路および方法 - Google Patents
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Description
本願は、それらの全体として参照することによって組み込まれる2017年12月13日に出願された米国仮特許出願第62/598,390号の利益を主張する。
・「GLOBAL SHUTTER PIXEL CIRCUIT AND METHOD FOR COMPUTER VISION APPLICATIONS」と題された2018年12月13日に出願された米国特許出願第16/____号
・「DIFFERENTIAL PIXEL CIRCUIT AND METHOD OF COMPUTER VISION APPLICATIONS」と題された2018年12月13日に出願された米国特許出願第16/____号
(技術分野)
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
飛行時間(ToF)距離測定のためにピクセル回路を動作させる方法であって、前記ピクセル回路は、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードに隣接し、バイアス電圧に結合されたドレイン領域と、
前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間に配置されたシャッタゲートであって、前記シャッタゲートは、光感知のために、前記バイアス電圧を印加し、前記フォトダイオードにバイアスをかけるように、グロバールシャッタ信号によって制御される、シャッタゲートと、
第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードに結合される貯蔵ダイオードと、
第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備え、
前記方法は、
露出期間において、
前記第1の転送信号を使用して、前記第1の転送ゲートをアクティブにし、前記フォトダイオードと前記貯蔵ダイオードとを結合することと、
第1の複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、対応する複数の放射光パルスの結果として標的から反射される光を感知することであって、各時間窓と対応する放射光パルスとの間の遅延時間は、D1として指定される、ことと、
サンプリング期間において、
前記第2の転送信号を使用して、前記第2の転送ゲートをアクティブにし、前記貯蔵ダイオードから前記フローティングディフュージョン領域に電荷を転送することであって、前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、前記露出期間中に収集された電荷を表す第1のサンプリング信号S1を決定するためにサンプリングされる、ことと
を含む、方法。
(項目2)
第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、前記シャッタゲートへの第1のグロバールシャッタ信号を前記シャッタゲートに提供することを含み、前記第1のグロバールシャッタ信号は、前記フォトダイオードを露出するための第1の複数のグロバールシャッタパルスを有する、項目1に記載の方法。
(項目3)
第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、前記フォトダイオードに隣接する前記ドレイン領域を複数のバイアス電圧パルス(VAAGS)に結合することを含む、項目1に記載の方法。
(項目4)
前記バイアス電圧は、前記第1の転送信号および前記第2の転送信号より高い、項目1に記載の方法。
(項目5)
前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、相関二重サンプリング(CDS)を使用してサンプリングされる、項目1に記載の方法。
(項目6)
飛行時間(ToF)距離測定のためにピクセル回路を動作させる方法であって、前記ピクセル回路は、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードに隣接し、バイアス電圧に結合されたドレイン領域と、
前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間に配置されたシャッタゲートであって、前記シャッタゲートは、光感知のために、前記バイアス電圧を印加し、前記フォトダイオードにバイアスをかけるように、グロバールシャッタ信号によって制御される、シャッタゲートと、
第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードに結合される貯蔵ダイオードと、
第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備え、
前記方法は、
第1の露出期間において、
前記第1の転送信号を使用して、前記第1の転送ゲートをアクティブにし、前記フォトダイオードと前記貯蔵ダイオードとを結合することと、
第1の複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、対応する第1の複数の放射光パルスの結果として標的から反射される光を感知することであって、各時間窓と対応する放射光パルスとの間の遅延時間は、D1として指定される、ことと、
第1のサンプリング期間において、
前記第2の転送信号を使用して、前記第2の転送ゲートをアクティブにし、前記貯蔵ダイオードから前記フローティングディフュージョン領域に電荷を転送することであって、前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、前記第1の露出期間中に収集された電荷を表す第1のサンプリング信号S1を決定するためにサンプリングされる、ことと、
第2の露出期間において、
前記第1の転送信号を使用して、前記第1の転送ゲートをアクティブにし、前記フォトダイオードと前記貯蔵ダイオードとを結合することと、
第2の複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、対応する第2の複数の放射光パルスの結果として前記標的から反射される光を感知することであって、各時間窓と対応する放射光パルスとの間の遅延時間は、D2として指定される、ことと、
第2のサンプリング期間において、
前記第2の転送信号を使用して、前記第2の転送ゲートをアクティブにし、前記貯蔵ダイオードから前記フローティングディフュージョン領域に電荷を転送することであって、前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、前記第2の露出期間中に収集された電荷を表す第2のサンプリング信号S2を決定するためにサンプリングされる、ことと、
前記第1のサンプリング信号S1および前記第2のサンプリング信号S2に基づいて、前記標的までの距離を決定することと
を含む、方法。
(項目7)
前記標的までの前記距離を決定することは、前記第1のサンプリング信号S1および前記第2のサンプリング信号S2に基づくルックアップテーブルを使用することを含む、項目6に記載の方法。
(項目8)
前記標的までの前記距離を決定することは、畳み込み方法を使用することを含む、項目6に記載の方法。
(項目9)
第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、第1のグロバールシャッタ信号を前記シャッタゲートに提供することを含み、前記第1のグロバールシャッタ信号は、前記フォトダイオードを露出するための第1の複数のグロバールシャッタパルスを有する、項目6に記載の方法。
(項目10)
第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、前記フォトダイオードの前記ドレイン領域を複数のバイアス電圧パルス(VAAGS)に結合することを含む、項目6に記載の方法。
(項目11)
前記バイアス電圧は、前記第1の転送信号および前記第2の転送信号より高い、項目6に記載の方法。
(項目12)
前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、相関二重サンプリング(CDS)を使用してサンプリングされる、項目6に記載の方法。
(項目13)
画像センサデバイスであって、前記画像センサデバイスは、
ピクセルアレイに配列された複数のピクセルセルと、
前記画像センサデバイスの露出段階およびサンプリング段階を制御するための制御回路と、
露出段階においてピクセル電力供給線を第1の電圧に、サンプリング段階において第2の電圧に結合するための切り替え回路であって、前記第1の電圧は、前記第2の電圧より高い、切り替え回路と
を備え、
前記複数のピクセルセルの各々は、
半導体基板の中のフォトダイオードであって、前記フォトダイオードの第1の端部は、グロバールシャッタ信号によって制御されるシャッタゲートを通してバイアス電圧に結合されるフォトダイオードと、
電気接地導電線を通して前記フォトダイオードの第2の端部を電気接地に結合するための接地接点と、
前記半導体基板の中にあり、第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードの第2の端部に結合される貯蔵ダイオードと、
前記半導体基板の中にあり、第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備えている、画像センサデバイス。
(項目14)
前記制御回路は、複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、各時間窓と対応する放射光パルスとの間に所定の遅延時間を伴って、対応する複数の放射光パルスの結果として標的から反射される光を感知するように構成されている、項目13に記載の画像センサデバイス。
(項目15)
ドレイン領域をさらに備え、
前記フォトダイオードの第1の端部は、前記ドレイン領域を通してバイアス電圧に結合され、
前記制御回路は、反射光を感知するために、前記複数の時間窓において、複数のバイアス電圧パルスを提供し、前記フォトダイオードをアクティブにするように構成されている、項目14に記載の画像センサデバイス。
(項目16)
前記制御回路は、反射光を感知するために、前記複数の時間窓において、複数のグロバールシャッタ信号パルスを提供し、前記フォトダイオードをアクティブにするように構成されている、項目14に記載の画像センサデバイス。
(項目17)
飛行時間(ToF)距離測定のためのピクセルセルであって、前記ピクセルセルは、
基板と、
フォトダイオードと、
電気接地導電線を通して前記フォトダイオードの第2の端部を電気接地に結合するための接地接点と、
前記フォトダイオードに隣接し、バイアス電圧に結合されたドレイン領域と、
前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間に配置されたシャッタゲートであって、前記シャッタゲートは、光感知のために、前記バイアス電圧を印加し、前記フォトダイオードにバイアスをかけるように、グロバールシャッタ信号によって制御される、シャッタゲートと、
第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードに結合される貯蔵ダイオードと、
第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備えている、ピクセルセル。
(項目18)
前記フォトダイオードは、4本の側線を有する長方形拡散エリアにおいて形成され、
前記シャッタゲートは、前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間の第1の側線に沿って配置され、前記シャッタゲートは、前記第1の側線と同一の長さを有し、
前記第1の転送ゲートは、前記第1の側線に隣接する第2の側線に沿って配置され、前記第1の転送ゲートは、前記第2の側線の長さの半分である長さを有し、前記第1の側線から離れて前記フォトダイオードの角の上に配置されている、
項目17に記載のピクセルセル。
(項目19)
第1、第2、および第3の金属相互接続層をさらに備え、
第1の転送線、第2の転送線、選択線、およびリセット線は、第1の方向に沿って前記第1の金属相互接続層において形成され、Wの全幅に及び、
VDDA線、VSSA線、およびピクセル出力線は、前記第1の方向と垂直な第2の方向に沿って前記第2の金属相互接続層において形成され、
グロバールシャッタ線は、前記第1の方向に沿って前記第3の金属相互接続層において形成され、前記グロバールシャッタ線は、Wと実質的に等しい幅を有する、
項目17に記載のピクセルセル。
(項目20)
前記ドレイン領域は、前記バイアス電圧の変調を促進するための低静電容量ドレイン拡散領域を備えている、項目17に記載のピクセルセル。
(項目21)
ピクセルセルであって、前記ピクセルセルは、
4つのフォトダイオードと、
4つの貯蔵ダイオードと
を備え、
各貯蔵ダイオードは、第1の隣接するフォトダイオードと第2の隣接するフォトダイオードとの間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記第1の隣接するフォトダイオードおよび前記第2の隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、第1の隣接する貯蔵ダイオードと第2の隣接する貯蔵ダイオードとの間に配置され、各フォトダイオードは、前記第1の隣接する貯蔵ダイオードおよび前記第2の隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成されている、ピクセルセル。
(項目22)
前記4つのフォトダイオードは、2×2アレイに配列され、各貯蔵ダイオードは、2つの隣接するフォトダイオード間に配置されている、項目21に記載のピクセルセル。
(項目23)
各対の隣接するフォトダイオードと貯蔵ダイオードとの間に転送ゲートをさらに備えている、項目21に記載のピクセルセル。
(項目24)
各貯蔵ダイオードの上に重なっている電荷制御ゲートをさらに備えている、項目21に記載のピクセルセル。
(項目25)
4つのフローティングディフュージョン領域をさらに備え、各フローティングディフュージョン領域は、対応する貯蔵ダイオードに隣接して配置されている、項目21に記載のピクセルセル。
(項目26)
各対の隣接する貯蔵ダイオードとフローティングディフュージョン領域との間の転送ゲートをさらに備えている、項目25に記載のピクセルセル。
(項目27)
前記フォトダイオードにおける電荷を排出するために各フォトダイオードに関連付けられたグロバールシャッタ制御ゲートをさらに備えている、項目21に記載のピクセルセル。
(項目28)
ピクセルアレイに配列された複数の項目21に記載のピクセルセルを備えている画像センサデバイス。
(項目29)
ピクセルセルを動作させる方法であって、前記方法は、露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことを含み、
前記ピクセルセルは、4つのフォトダイオードと、4つの貯蔵ダイオードとを含み、
各貯蔵ダイオードは、2つの隣接するフォトダイオード間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記2つの隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、2つの隣接する貯蔵ダイオードの間に配置され、各フォトダイオードは、前記2つの隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成されている、方法。
(項目30)
第1の期間中、
第1の対のフォトダイオードから前記第1の対のフォトダイオード間に配置された第1の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の対のフォトダイオードから前記第2の対のフォトダイオード間に配置された第2の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の期間中、
第3の対のフォトダイオードから前記第3の対のフォトダイオード間に配置された第3の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第4の対のフォトダイオードから前記第4の対のフォトダイオード間に配置された第4の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
差動信号を生成することと
をさらに含み、
前記差動信号を生成することは、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を差動増幅器の第1の入力に提供することと、
前記第3の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を前記差動増幅器の第2の入力に提供することと
による、項目29に記載の方法。
(項目31)
前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードから第1のフローティングディフュージョン領域に光電荷を転送することと、
前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードから第2のフローティングディフュージョン領域に光電荷を転送することと、
前記第1のフローティングディフュージョン領域から第1のサンプルアンドホールドコンデンサに光電荷を転送することと、
前記第2のフローティングディフュージョン領域から第2のサンプルアンドホールドコンデンサに光電荷を転送することと、
前記第1および第2のサンプルアンドホールドコンデンサから前記差動増幅器に信号を転送することと
をさらに含む、項目30に記載の方法。
(項目32)
前記第1の対のフォトダイオードと前記第2の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有しておらず、
前記第3の対のフォトダイオードと前記第4の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有していない、項目30に記載の方法。
(項目33)
第1の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第1の貯蔵ダイオードに転送することと、
第2の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第2の貯蔵ダイオードに転送することと、
前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、ビニングのために2つの感知信号を提供することと
をさらに含む、項目29に記載の方法。
(項目34)
各フォトダイオードにおいて収集された光電荷をそれぞれの隣接する貯蔵ダイオードに転送することと、
各貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、4つのサブピクセルのための感知信号を提供することと
をさらに含む、項目29に記載の方法。
(項目35)
差動光感知のためのピクセルセルであって、前記ピクセルセルは、
複数のフォトダイオードと、
対応する複数の貯蔵ダイオードと
を備え、
各貯蔵ダイオードは、第1の隣接するフォトダイオードと第2の隣接するフォトダイオードとの間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記第1の隣接するフォトダイオードおよび前記第2の隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、第1の隣接する貯蔵ダイオードと第2の隣接する貯蔵ダイオードとの間に配置され、各フォトダイオードは、前記第1の隣接する貯蔵ダイオードおよび前記第2の隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成されている、ピクセルセル。
(項目36)
対応する複数のフローティングディフュージョン領域をさらに備え、各フローティングディフュージョン領域は、対応する貯蔵ダイオードに隣接して配置されている、項目35に記載のピクセルセル。
(項目37)
画像感知デバイスであって、前記画像感知デバイスは、
ピクセルアレイに配列された複数のピクセルセルであって、各ピクセルセルは、4つのフォトダイオードと、4つの貯蔵ダイオードと、4つのフローティングディフュージョン領域とを含み、
各貯蔵ダイオードは、第1の隣接するフォトダイオードと第2の隣接するフォトダイオードとの間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記第1の隣接するフォトダイオードおよび前記第2の隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、第1の隣接する貯蔵ダイオードと第2の隣接する貯蔵ダイオードとの間に配置され、各フォトダイオードは、前記第1の隣接する貯蔵ダイオードおよび前記第2の隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成され、
各フローティングディフュージョン領域は、対応する貯蔵ダイオードに隣接して配置されている、
ピクセルセルと、
第2のフローティングディフュージョン領域および第4のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るための第1の加算デバイスと、
第1のフローティングディフュージョン領域および第3のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るための第2の加算デバイスと、
前記第1および第2の加算デバイスに結合された差動増幅器と、
前記画像感知デバイスにおける電荷転送を制御するための制御回路と
を備えている、画像感知デバイス。
(項目38)
前記制御回路は、
露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことと、
第1の期間中、
第1の対のフォトダイオードから前記第1の対のフォトダイオード間に配置された第1の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の対のフォトダイオードから前記第2の対のフォトダイオード間に配置された第2の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の期間中、
第3の対のフォトダイオードから前記第3の対のフォトダイオード間に配置された第3の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第4の対のフォトダイオードから前記第4の対のフォトダイオード間に配置された第4の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
差動信号を生成することと
を行うために構成され、
前記差動信号を生成することは、
前記第2の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を差動増幅器の第1の入力に提供することと、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第3の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を前記差動増幅器の第2の入力に提供することと
による、項目37に記載の画像感知デバイス。
(項目39)
前記制御回路は、
露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことと、
第1の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第1の貯蔵ダイオードに転送することと、
第2の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第2の貯蔵ダイオードに転送することと、
前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、ビニングのために2つの感知信号を提供することと
を行うために構成されている、項目37に記載の画像感知デバイス。
(項目40)
前記制御回路は、
露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことと、
各フォトダイオードにおいて収集された光電荷を対応する隣接貯蔵ダイオードに転送することと、
各貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、4つのサブピクセルのために感知信号を提供することと
を行うために構成されている、項目37に記載の画像感知デバイス。
(項目41)
画像感知デバイスであって、前記画像感知デバイスは、
フォトダイオードのアレイと、
前記アレイにおける第1の対のフォトダイオード間に配置された第1の貯蔵ダイオードであって、前記第1の貯蔵ダイオードは、前記第1の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第1の貯蔵ダイオードと、
前記第1の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第1のフローティングディフュージョン領域と、
前記アレイにおける第2の対のフォトダイオード間に配置された第2の貯蔵ダイオードであって、前記第2の貯蔵ダイオードは、前記第2の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第2の貯蔵ダイオードと、
前記第2の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第2のフローティングディフュージョン領域と、
前記第1のフローティングディフュージョン領域および前記第2のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るように構成された回路と
を備えている、画像感知デバイス。
(項目42)
前記回路は、前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、ビニングのために2つの感知信号を提供するように構成されている、項目41に記載の画像感知デバイス。
(項目43)
前記回路は、前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとにおける光電荷を合計するように構成されている、項目41に記載の画像感知デバイス。
(項目44)
前記アレイにおける第3の対のフォトダイオード間に配置された第3の貯蔵ダイオードであって、前記第3の貯蔵ダイオードは、前記第3の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第3の貯蔵ダイオードと、
前記第1の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第3のフローティングディフュージョン領域と、
前記アレイにおける第4の対のフォトダイオード間に配置された第4の貯蔵ダイオードであって、前記第4の貯蔵ダイオードは、前記第4の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第4の貯蔵ダイオードと、
前記第4の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第4のフローティングディフュージョン領域と
をさらに備え、
前記回路は、前記第3のフローティングディフュージョン領域および前記第4のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るようにさらに構成されている、項目41に記載の画像感知デバイス。
(項目45)
前記回路は、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとにおける光電荷を合計することと、
前記第3の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとにおける光電荷を合計することと、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとにおける前記光電荷の合計を前記第3の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとにおける前記光電荷の合計と比較することと
を行うようにさらに構成されている、項目41に記載の画像感知デバイス。
(項目46)
前記第1の対のフォトダイオードと前記第2の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有しておらず、
前記第3の対のフォトダイオードと前記第4の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有していない、項目41に記載の画像感知デバイス。
<深度>=<光の速度>/2*(<電子的遅延>-<シミュレーション遅延ベクトル>)
エルモア遅延:
Claims (42)
- 飛行時間(ToF)距離測定のためにピクセル回路を動作させる方法であって、前記ピクセル回路は、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードに隣接し、バイアス電圧に結合されたドレイン領域と、
前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間に配置されたシャッタゲートであって、前記シャッタゲートは、光感知のために、前記バイアス電圧を印加し、前記フォトダイオードにバイアスをかけるように、グロバールシャッタ信号によって制御される、シャッタゲートと、
第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードに結合される貯蔵ダイオードと、
第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備え、
前記方法は、
露出期間において、
前記第1の転送信号を使用して、前記第1の転送ゲートをアクティブにし、前記フォトダイオードと前記貯蔵ダイオードとを結合することと、
第1の複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、対応する複数の放射光パルスの結果として標的から反射される光を感知することであって、各時間窓と対応する放射光パルスとの間の遅延時間は、D1として指定される、ことと、
サンプリング期間において、
前記第2の転送信号を使用して、前記第2の転送ゲートをアクティブにし、前記貯蔵ダイオードから前記フローティングディフュージョン領域に電荷を転送することであって、前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、前記露出期間中に収集された電荷を表す第1のサンプリング信号S1を決定するためにサンプリングされる、ことと
を含み、
第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、前記フォトダイオードに隣接する前記ドレイン領域を複数のバイアス電圧パルス(VAAGS)に結合することを含む、方法。 - 第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、前記シャッタゲートへの第1のグロバールシャッタ信号を前記シャッタゲートに提供することを含み、前記第1のグロバールシャッタ信号は、前記フォトダイオードを露出するための第1の複数のグロバールシャッタパルスを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記バイアス電圧は、前記第1の転送信号および前記第2の転送信号より高い、請求項1に記載の方法。
- 前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、相関二重サンプリング(CDS)を使用してサンプリングされる、請求項1に記載の方法。
- 飛行時間(ToF)距離測定のためにピクセル回路を動作させる方法であって、前記ピクセル回路は、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードに隣接し、バイアス電圧に結合されたドレイン領域と、
前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間に配置されたシャッタゲートであって、前記シャッタゲートは、光感知のために、前記バイアス電圧を印加し、前記フォトダイオードにバイアスをかけるように、グロバールシャッタ信号によって制御される、シャッタゲートと、
第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードに結合される貯蔵ダイオードと、
第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備え、
前記方法は、
第1の露出期間において、
前記第1の転送信号を使用して、前記第1の転送ゲートをアクティブにし、前記フォトダイオードと前記貯蔵ダイオードとを結合することと、
第1の複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、対応する第1の複数の放射光パルスの結果として標的から反射される光を感知することであって、各時間窓と対応する放射光パルスとの間の遅延時間は、D1として指定される、ことと、
第1のサンプリング期間において、
前記第2の転送信号を使用して、前記第2の転送ゲートをアクティブにし、前記貯蔵ダイオードから前記フローティングディフュージョン領域に電荷を転送することであって、前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、前記第1の露出期間中に収集された電荷を表す第1のサンプリング信号S1を決定するためにサンプリングされる、ことと、
第2の露出期間において、
前記第1の転送信号を使用して、前記第1の転送ゲートをアクティブにし、前記フォトダイオードと前記貯蔵ダイオードとを結合することと、
第2の複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、対応する第2の複数の放射光パルスの結果として前記標的から反射される光を感知することであって、各時間窓と対応する放射光パルスとの間の遅延時間は、D2として指定される、ことと、
第2のサンプリング期間において、
前記第2の転送信号を使用して、前記第2の転送ゲートをアクティブにし、前記貯蔵ダイオードから前記フローティングディフュージョン領域に電荷を転送することであって、前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、前記第2の露出期間中に収集された電荷を表す第2のサンプリング信号S2を決定するためにサンプリングされる、ことと、
前記第1のサンプリング信号S1および前記第2のサンプリング信号S2に基づいて、前記標的までの距離を決定することと
を含む、方法。 - 前記標的までの前記距離を決定することは、前記第1のサンプリング信号S1および前記第2のサンプリング信号S2に基づくルックアップテーブルを使用することを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記標的までの前記距離を決定することは、畳み込み方法を使用することを含む、請求項5に記載の方法。
- 第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、第1のグロバールシャッタ信号を前記シャッタゲートに提供することを含み、前記第1のグロバールシャッタ信号は、前記フォトダイオードを露出するための第1の複数のグロバールシャッタパルスを有する、請求項5に記載の方法。
- 第1の複数の時間窓において前記フォトダイオードを露出することは、前記フォトダイオードの前記ドレイン領域を複数のバイアス電圧パルス(VAAGS)に結合することを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記バイアス電圧は、前記第1の転送信号および前記第2の転送信号より高い、請求項5に記載の方法。
- 前記フローティングディフュージョン領域における電荷は、相関二重サンプリング(CDS)を使用してサンプリングされる、請求項5に記載の方法。
- 画像センサデバイスであって、前記画像センサデバイスは、
ピクセルアレイに配列された複数のピクセルセルと、
前記画像センサデバイスの露出段階およびサンプリング段階を制御するための制御回路と、
露出段階においてピクセル電力供給線を第1の電圧に、サンプリング段階において第2の電圧に結合するための切り替え回路であって、前記第1の電圧は、前記第2の電圧より高い、切り替え回路と
を備え、
前記複数のピクセルセルの各々は、
半導体基板の中のフォトダイオードであって、前記フォトダイオードの第1の端部は、グロバールシャッタ信号によって制御されるシャッタゲートを通してバイアス電圧に結合される、フォトダイオードと、
電気接地導電線を通して前記フォトダイオードの第2の端部を電気接地に結合するための接地接点と、
前記半導体基板の中にあり、第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードの第2の端部に結合される貯蔵ダイオードと、
前記半導体基板の中にあり、第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備えている、画像センサデバイス。 - 前記制御回路は、複数の時間窓において、前記フォトダイオードをアクティブにし、各時間窓と対応する放射光パルスとの間に所定の遅延時間を伴って、対応する複数の放射光パルスの結果として標的から反射される光を感知するように構成されている、請求項12に記載の画像センサデバイス。
- ドレイン領域をさらに備え、
前記フォトダイオードの第1の端部は、前記ドレイン領域を通してバイアス電圧に結合され、
前記制御回路は、反射光を感知するために、前記複数の時間窓において、複数のバイアス電圧パルスを提供し、前記フォトダイオードをアクティブにするように構成されている、請求項13に記載の画像センサデバイス。 - 前記制御回路は、反射光を感知するために、前記複数の時間窓において、複数のグロバールシャッタ信号パルスを提供し、前記フォトダイオードをアクティブにするように構成されている、請求項13に記載の画像センサデバイス。
- 飛行時間(ToF)距離測定のためのピクセルセルであって、前記ピクセルセルは、
基板と、
フォトダイオードと、
電気接地導電線を通して前記フォトダイオードの第2の端部を電気接地に結合するための接地接点と、
前記フォトダイオードに隣接し、バイアス電圧に結合されたドレイン領域と、
前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間に配置されたシャッタゲートであって、前記シャッタゲートは、光感知のために、前記バイアス電圧を印加し、前記フォトダイオードにバイアスをかけるように、グロバールシャッタ信号によって制御される、シャッタゲートと、
第1の転送信号によって制御される第1の転送ゲートを通して前記フォトダイオードに結合される貯蔵ダイオードと、
第2の転送信号によって制御される第2の転送ゲートを通して前記貯蔵ダイオードに結合されるフローティングディフュージョン領域と
を備えており、
前記フォトダイオードは、4本の側線を有する長方形拡散エリアにおいて形成され、
前記シャッタゲートは、前記フォトダイオードと前記ドレイン領域との間の第1の側線に沿って配置され、前記シャッタゲートは、前記第1の側線と同一の長さを有し、
前記第1の転送ゲートは、前記第1の側線に隣接する第2の側線に沿って配置され、前記第1の転送ゲートは、前記第2の側線の長さの半分である長さを有し、前記第1の側線から離れて前記フォトダイオードの角の上に配置されている、ピクセルセル。 - 第1、第2、および第3の金属相互接続層をさらに備え、
第1の転送線、第2の転送線、選択線、およびリセット線は、第1の方向に沿って前記第1の金属相互接続層において形成され、Wの全幅に及び、
VDDA線、VSSA線、およびピクセル出力線は、前記第1の方向と垂直な第2の方向に沿って前記第2の金属相互接続層において形成され、
グロバールシャッタ線は、前記第1の方向に沿って前記第3の金属相互接続層において形成され、前記グロバールシャッタ線は、Wと実質的に等しい幅を有する、
請求項16に記載のピクセルセル。 - 前記ドレイン領域は、前記バイアス電圧の変調を促進するための低静電容量ドレイン拡散領域を備えている、請求項16に記載のピクセルセル。
- ピクセルセルであって、前記ピクセルセルは、
4つのフォトダイオードと、
4つの貯蔵ダイオードと、
4つのフローティングディフュージョン領域と
を備え、
各フローティングディフュージョン領域は、対応する貯蔵ダイオードに隣接して配置されており、
各貯蔵ダイオードは、第1の隣接するフォトダイオードと第2の隣接するフォトダイオードとの間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記第1の隣接するフォトダイオードおよび前記第2の隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、第1の隣接する貯蔵ダイオードと第2の隣接する貯蔵ダイオードとの間に配置され、各フォトダイオードは、前記第1の隣接する貯蔵ダイオードおよび前記第2の隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成されている、ピクセルセル。 - 前記4つのフォトダイオードは、2×2アレイに配列され、各貯蔵ダイオードは、2つの隣接するフォトダイオード間に配置されている、請求項19に記載のピクセルセル。
- 各対の隣接するフォトダイオードと貯蔵ダイオードとの間に転送ゲートをさらに備えている、請求項19に記載のピクセルセル。
- 各貯蔵ダイオードの上に重なっている電荷制御ゲートをさらに備えている、請求項19に記載のピクセルセル。
- 各対の隣接する貯蔵ダイオードとフローティングディフュージョン領域との間の転送ゲートをさらに備えている、請求項19に記載のピクセルセル。
- 前記フォトダイオードにおける電荷を排出するために各フォトダイオードに関連付けられたグロバールシャッタ制御ゲートをさらに備えている、請求項19に記載のピクセルセル。
- ピクセルアレイに配列された複数の請求項19に記載のピクセルセルを備えている画像センサデバイス。
- ピクセルセルを動作させる方法であって、前記方法は、露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことを含み、
前記ピクセルセルは、4つのフォトダイオードと、4つの貯蔵ダイオードとを含み、
各貯蔵ダイオードは、2つの隣接するフォトダイオード間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記2つの隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、2つの隣接する貯蔵ダイオードの間に配置され、各フォトダイオードは、前記2つの隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成されており、
各フォトダイオードにおいて収集された光電荷をそれぞれの隣接する貯蔵ダイオードに転送することと、
各貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、4つのサブピクセルのための感知信号を提供することと
をさらに含む、方法。 - 第1の期間中、
第1の対のフォトダイオードから前記第1の対のフォトダイオード間に配置された第1の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の対のフォトダイオードから前記第2の対のフォトダイオード間に配置された第2の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の期間中、
第3の対のフォトダイオードから前記第3の対のフォトダイオード間に配置された第3の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第4の対のフォトダイオードから前記第4の対のフォトダイオード間に配置された第4の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
差動信号を生成することと
をさらに含み、
前記差動信号を生成することは、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を差動増幅器の第1の入力に提供することと、
前記第3の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を前記差動増幅器の第2の入力に提供することと
による、請求項26に記載の方法。 - 前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードから第1のフローティングディフュージョン領域に光電荷を転送することと、
前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードから第2のフローティングディフュージョン領域に光電荷を転送することと、
前記第1のフローティングディフュージョン領域から第1のサンプルアンドホールドコンデンサに光電荷を転送することと、
前記第2のフローティングディフュージョン領域から第2のサンプルアンドホールドコンデンサに光電荷を転送することと、
前記第1および第2のサンプルアンドホールドコンデンサから前記差動増幅器に信号を転送することと
をさらに含む、請求項27に記載の方法。 - 前記第1の対のフォトダイオードと前記第2の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有しておらず、
前記第3の対のフォトダイオードと前記第4の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有していない、請求項27に記載の方法。 - 第1の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第1の貯蔵ダイオードに転送することと、
第2の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第2の貯蔵ダイオードに転送することと、
前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、ビニングのために2つの感知信号を提供することと
をさらに含む、請求項26に記載の方法。 - 差動光感知のためのピクセルセルであって、前記ピクセルセルは、
複数のフォトダイオードと、
対応する複数の貯蔵ダイオードと
を備え、
各貯蔵ダイオードは、第1の隣接するフォトダイオードと第2の隣接するフォトダイオードとの間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記第1の隣接するフォトダイオードおよび前記第2の隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、第1の隣接する貯蔵ダイオードと第2の隣接する貯蔵ダイオードとの間に配置され、各フォトダイオードは、前記第1の隣接する貯蔵ダイオードおよび前記第2の隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成されている、ピクセルセル。 - 対応する複数のフローティングディフュージョン領域をさらに備え、各フローティングディフュージョン領域は、対応する貯蔵ダイオードに隣接して配置されている、請求項31に記載のピクセルセル。
- 画像感知デバイスであって、前記画像感知デバイスは、
ピクセルアレイに配列された複数のピクセルセルであって、各ピクセルセルは、4つのフォトダイオードと、4つの貯蔵ダイオードと、4つのフローティングディフュージョン領域とを含み、
各貯蔵ダイオードは、第1の隣接するフォトダイオードと第2の隣接するフォトダイオードとの間に配置され、各貯蔵ダイオードは、前記第1の隣接するフォトダイオードおよび前記第2の隣接するフォトダイオードのいずれか一方または両方から光電荷を受け取るように構成され、
各フォトダイオードは、第1の隣接する貯蔵ダイオードと第2の隣接する貯蔵ダイオードとの間に配置され、各フォトダイオードは、前記第1の隣接する貯蔵ダイオードおよび前記第2の隣接する貯蔵ダイオードのいずれか一方または両方に光電荷を転送するように構成され、
各フローティングディフュージョン領域は、対応する貯蔵ダイオードに隣接して配置されている、
ピクセルセルと、
第2のフローティングディフュージョン領域および第4のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るための第1の加算デバイスと、
第1のフローティングディフュージョン領域および第3のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るための第2の加算デバイスと、
前記第1および第2の加算デバイスに結合された差動増幅器と、
前記画像感知デバイスにおける電荷転送を制御するための制御回路と
を備えている、画像感知デバイス。 - 前記制御回路は、
露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことと、
第1の期間中、
第1の対のフォトダイオードから前記第1の対のフォトダイオード間に配置された第1の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の対のフォトダイオードから前記第2の対のフォトダイオード間に配置された第2の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第2の期間中、
第3の対のフォトダイオードから前記第3の対のフォトダイオード間に配置された第3の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
第4の対のフォトダイオードから前記第4の対のフォトダイオード間に配置された第4の貯蔵ダイオードに収集された光電荷を転送することと、
差動信号を生成することと
を行うために構成され、
前記差動信号を生成することは、
前記第2の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を前記差動増幅器の第1の入力に提供することと、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第3の貯蔵ダイオードとからの前記光電荷の合計を前記差動増幅器の第2の入力に提供することと
による、請求項33に記載の画像感知デバイス。 - 前記制御回路は、
露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことと、
第1の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第1の貯蔵ダイオードに転送することと、
第2の対の隣接するフォトダイオードにおいて収集された光電荷を第2の貯蔵ダイオードに転送することと、
前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、ビニングのために2つの感知信号を提供することと
を行うために構成されている、請求項33に記載の画像感知デバイス。 - 前記制御回路は、
露出時間窓中、ピクセルセルを光にさらすことと、
各フォトダイオードにおいて収集された光電荷を対応する隣接貯蔵ダイオードに転送することと、
各貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、4つのサブピクセルのために感知信号を提供することと
を行うために構成されている、請求項33に記載の画像感知デバイス。 - 画像感知デバイスであって、前記画像感知デバイスは、
フォトダイオードのアレイと、
前記アレイにおける第1の対のフォトダイオード間に配置された第1の貯蔵ダイオードであって、前記第1の貯蔵ダイオードは、前記第1の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第1の貯蔵ダイオードと、
前記第1の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第1のフローティングディフュージョン領域と、
前記アレイにおける第2の対のフォトダイオード間に配置された第2の貯蔵ダイオードであって、前記第2の貯蔵ダイオードは、前記第2の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第2の貯蔵ダイオードと、
前記第2の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第2のフローティングディフュージョン領域と、
前記第1のフローティングディフュージョン領域および前記第2のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るように構成された回路と
を備えている、画像感知デバイス。 - 前記回路は、前記第1の貯蔵ダイオードおよび前記第2の貯蔵ダイオードにおける光電荷を感知し、ビニングのために2つの感知信号を提供するように構成されている、請求項37に記載の画像感知デバイス。
- 前記回路は、前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとにおける光電荷を合計するように構成されている、請求項37に記載の画像感知デバイス。
- 前記アレイにおける第3の対のフォトダイオード間に配置された第3の貯蔵ダイオードであって、前記第3の貯蔵ダイオードは、前記第3の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第3の貯蔵ダイオードと、
前記第1の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第3のフローティングディフュージョン領域と、
前記アレイにおける第4の対のフォトダイオード間に配置された第4の貯蔵ダイオードであって、前記第4の貯蔵ダイオードは、前記第4の対のフォトダイオードにおける各フォトダイオードから光電荷を受け取るように構成されている、第4の貯蔵ダイオードと、
前記第4の貯蔵ダイオードに隣接して配置された第4のフローティングディフュージョン領域と
をさらに備え、
前記回路は、前記第3のフローティングディフュージョン領域および前記第4のフローティングディフュージョン領域から光電荷を受け取るようにさらに構成されている、請求項37に記載の画像感知デバイス。 - 前記回路は、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとにおける光電荷を合計することと、
前記第3の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとにおける光電荷を合計することと、
前記第1の貯蔵ダイオードと前記第2の貯蔵ダイオードとにおける前記光電荷の合計を前記第3の貯蔵ダイオードと前記第4の貯蔵ダイオードとにおける前記光電荷の合計と比較することと
を行うようにさらに構成されている、請求項40に記載の画像感知デバイス。 - 前記第1の対のフォトダイオードと前記第2の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有しておらず、
前記第3の対のフォトダイオードと前記第4の対のフォトダイオードとは、共通するフォトダイオードを有していない、請求項40に記載の画像感知デバイス。
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