CN104067607A - 共享飞行时间像素 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种飞行时间像素，其包含光电二极管，所述光电二极管响应于入射于所述光电二极管上的光而积累电荷。第一转移晶体管耦合于所述光电二极管与第一电荷存储装置之间以将来自所述光电二极管的电荷选择性地转移到所述第一电荷存储装置。第二转移晶体管耦合于所述光电二极管与第二电荷存储装置之间以将来自所述光电二极管的电荷选择性地转移到所述第二电荷存储装置。启用晶体管耦合于所述第一电荷存储装置与耦合到所述第二电荷存储装置的读出节点之间以将所述第一电荷存储装置选择性地耦合到所述读出节点。具有栅极的放大器晶体管也耦合到读出节点。

Description

共享飞行时间像素

技术领域

本发明涉及图像传感器。特定来说，本发明的实施例涉及三维图像传感器。

背景技术

随着流行的三维(3D)应用在例如成像、电影、游戏、计算机、用户接口等应用中不断增长，对3D相机的关注日益增加。产生3D图像的典型无源方式是使用多个相机来捕捉立体声或多个图像。使用立体声图像，所述图像中的物体可经三角测量以产生3D图像。此三角测量技术的一个缺点在于：使用小装置难以产生3D图像，这是因为每一相机之间必须有最小分隔距离以产生三维图像。此外，此技术是复杂的且因此需要显著计算机处理能力以实时产生3D图像。

对于需要实时获取3D图像的应用，有时利用基于光学飞行时间测量的有源深度成像系统。这些飞行时间系统通常运用将光引导于物体处的光源、检测从所述物体反射的光的传感器，和基于光行进到物体且从所述物体行进所花费的往返时间计算到所述物体的距离的处理单元。在典型飞行时间传感器中，由于从光检测区域到感测节点的高转移效率，所以经常使用光电二极管。已知飞行时间传感器针对每一像素通常包含光电二极管的两个独立复制物、复位晶体管、源极随耦器晶体管和行选择晶体管以操作。在飞行时间传感器的每一像素中包含所有这些装置造成飞行时间传感器具有显著较大像素大小以及不良填充因子的后果。

附图说明

本发明的非限制性且非详尽实施例是参考下列图描述，图中相同参考数字贯穿各图指代相同零件，除非另外指定。

图1A是展示根据本发明教示的飞行时间感测系统的一个实例的框图。

图1B是展示根据本发明教示的实例飞行时间成像系统中的从光源发射的光脉冲相对于经反射的光脉冲的接收的实例的时序图。

图2是说明根据本发明教示的飞行时间像素的一个实例的示意图。

图3A是展示根据本发明教示的实例飞行时间成像系统中的经发射的光脉冲和经反射的光脉冲相对于第一和第二晶体管的切换的实例的时序图。

图3B是展示根据本发明教示的实例飞行时间成像系统中的经发射的光脉冲和经反射的光脉冲相对于第一和第二晶体管的切换的另一实例的时序图。

图4是说明根据本发明教示的飞行时间像素的另一实例示意图的示意图。

图5是展示根据本发明教示的包含具有对应读出电路、控制电路和功能逻辑的飞行时间像素阵列的实例飞行时间感测系统的一部分的框图。

具体实施方式

揭示使用3D飞行时间传感器以获取飞行时间和深度信息的方法和设备。在下列描述中，阐释多个特定细节以提供实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文所描述的技术可在没有所述特定细节的一或多者以上的情况下，或在利用其它方法、组件、材料等的情况下实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面不清楚。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的提及意味着与所述实施例结合描述的特定特征、结构或特性是包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各种位置中出现词组“在一个实施例中”或“在一实施例中”无需都指相同实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任意合适的方式组合于一或多个实施例中。

贯穿本说明书中，使用若干技术术语。这些术语应采用其来源的技术中的普通意义，除非本文特定界定或在其使用的上下文中将另外明确提出。例如，术语“或”在包含性意义(例如，如在“和/或”中)上使用，除非上下文另外明确指示。

如将展示，揭示每一像素中具有共享装置的飞行时间传感器的实例。通过共享每一像素中的装置，与已知飞行时间传感器解决方案相比，每一像素中的有源装置的数量显著减少。因此，在每一像素中的有源装置的数量减少的情况下，所揭示的飞行时间像素架构享有经改进的填充因子。此外，与已知像素相比，每一像素中的有源装置的数量减少帮助改进灵敏度、定时和电荷转移速度。此外，在每像素的装置和接触件的数量减少的情况下，改进良率且减少暗电流。

为了说明，图1A是展示根据本发明教示的飞行时间感测系统101的一个实例的框图。如图展示，飞行时间感测系统101包含发射经调制的脉冲(其说明为图1A中的经发射的光105)的光源103。如图展示，将经发射的光105引导到物体107。在一个实例中，经发射的光105包含红外(IR)光的脉冲。应了解，在其它实例中，根据本发明教示，经发射的光105可具有除了红外光之外的波长(举例来说，例如可见光、近红外光等)。接着，经发射的光105从物体107反射回，其展示为图1A中的经反射回的光109。如图展示，经反射的光109从物体107引导通过透镜111且接着聚焦到飞行时间像素阵列113上。在一个实例中，飞行时间像素阵列113包含以二维阵列布置的多个飞行时间像素。如将讨论，在一个实例中，通过耦合到飞行时间像素阵列113的控制电路产生同步信号115，其根据本发明教示使经发射的光105的脉冲与控制飞行时间像素阵列113中的所述多个像素的对应调制信号同步。

在图1A所描绘的实例中，飞行时间像素阵列113定位于距透镜111达焦距f_lens处。如所述实例中所展示，光源和透镜111经定位距物体达距离L。应了解，当然图1A未按比例说明，且在一个实例中，焦距f_lens实质上小于透镜111与物体107之间的距离L。因此，应了解，出于此揭示内容的目的，根据本发明教示，为了飞行时间测量的目的，距离L与距离L+焦距f_lens大体上相等。

图1B是说明根据本发明教示的实例飞行时间成像系统中的从光源发射的光的实例脉冲相对于光的经反射回的脉冲的接收之间的时序关系的时序图。具体来说，图1B展示经发射的光105，其表示从光源103发射到物体107的经调制的光脉冲。图1B还展示经反射的光109，其表示从物体107反射回且由像素阵列113接收的经反射的光脉冲。在一个实例中，光源103用小于10％的工作循环发射经发射的光105的光脉冲。在一个实例中，所述光脉冲的脉冲宽度T_pw147具有在20纳秒到100纳秒的范围中的持续时间。应了解，当然根据本发明教示也可利用经发射的光105的其它工作循环和脉冲宽度。如图展示，经发射的光105的光脉冲和经反射的光109的光脉冲具有相同脉冲宽度T_pw147。

如所描绘的实例展示，由于光脉冲从光源103行进距离L到物体107所花费的时间量，以及接着经反射的光脉冲从物体107行进距离L回到像素阵列113所花费的额外时间，经发射的光105的光脉冲的发射与经反射的光109中的所述光脉冲的接收之间存在延迟时间T_TOF117。经发射的光105与经反射的光109之间的时间差T_TOF117表示光脉冲在光源103与物体107之间进行往返的飞行时间。一旦已知飞行时间T_TOF117，就可使用以下等式(1)和(2)中的下列关系确定从光源103到物体107的距离L：

$T_{\mathrm{TOF}}=\frac{2L}{c}---\left(1\right)$

$L=\frac{T_{\mathrm{TOF}}\×c}{2}---\left(2\right)$

其中c为光速，其约等于3×10⁸m/s，且T_TOF为如图1A所展示的光脉冲行进到物体且从物体行进所花费的时间量。

图2是说明根据本发明教示的飞行时间像素219的一个实例的示意图。应了解，像素219可为包含于上文图1A中所说明的实例像素阵列113中的所述多个像素的一者。如图2中所描绘的实例所展示，像素219包含光电二极管221，光电二极管221响应于入射于光电二极管221上的光而积累电荷。在一个实例中，入射于光电二极管221上的光为如上文关于图1A和图1B所讨论的经反射回的光109。在所述实例中，包含第一电荷存储装置223，且第一转移晶体管225耦合于光电二极管221与第一电荷存储装置223之间以响应于第一调制信号(其在图2中说明为TX1)将来自光电二极管221的电荷选择性地转移到第一电荷存储装置223。如图展示，还包含第二电荷存储装置227，且第二转移晶体管229耦合于光电二极管221与第二电荷存储装置227之间以响应于第二调制信号(其在图2中说明为TX2)将来自光电二极管221的电荷选择性地转移到第二电荷存储装置227。在一个实例中，光电二极管221为耦合到第一晶体管225和第二晶体管229的单一光电二极管。在一个实例中，第一电荷存储装置223和第二电荷存储装置227包含如图展示的电容器C1和C2。

如所述实例中所展示，像素219还包含具有耦合到读出节点233的栅极端子的放大器晶体管231，读出节点233耦合到第二电荷存储装置227。在一个实例中，放大器晶体管231是以源极随耦器配置耦合，这因此将放大器晶体管231的栅极端子处的输入信号放大到放大器晶体管231的源极端子处的输出信号。如图展示，行选择晶体管237耦合到放大器晶体管231的源极端子以将放大器晶体管231的输出选择性地耦合到像素219的位线239。

如所描绘的说明展示，启用晶体管235耦合于第一电荷存储装置223与读出节点233之间，这将第一电荷存储装置223选择性地耦合到读出节点233。因此，当启用晶体管235为关闭时，读出节点233处的信号表示存储于第二电荷存储装置227中的总电荷(例如，Q2)。然而，当启用晶体管235为开启时，读出节点233处的信号表示存储于第一电荷存储装置223中的总电荷(例如，Q1)与存储于第二电荷存储装置227中的总电荷(例如，Q2)的总和。

如所述实例中所展示，像素219还包含耦合到启用晶体管235和第一电荷存储装置223的复位晶体管241。在一个实例中，复位晶体管241可用于通过经由第一晶体管225和/或第二晶体管229将光电二极管221选择性地耦合到AVDD电压而复位积累于光电二极管221中的电荷。在一个实例中，根据本发明教示，在像素219的初始化周期期间或(例如)每次在已从像素219读出电荷信息之后和在将电荷积累于光电二极管221中用于新飞行时间测量之前，可复位积累于光电二极管221中的电荷。

图3A和图3B是可用于帮助描述如上文结合图1到图2所描述的具有实例飞行时间像素阵列的实例飞行时间感测系统的操作的实例时序图。具体来说，图3A是展示根据本发明教示的实例飞行时间成像系统中的经发射的光305的经调制脉冲和经反射的光309的对应脉冲相对于切换调制信号TX1325和TX2329的实例的时序图。在一个实例中，根据本发明教示，调制信号TX1325对应于(例如)图2的第一晶体管225的切换且调制信号TX2329对应于(例如)图2的第二晶体管229的切换。

现结合图1A中所说明的实例飞行时间感测系统101参考图3A中所描绘的实例，对应于经发射的光105的经发射的光305具有调制频率且从光源103发射到物体107。在一个实例中，经发射的光305具有小于10％的工作循环和在20纳秒到100纳秒的范围中的脉冲宽度T_PW347。在所述实例中，对应于经反射的光109的经反射的光309的光脉冲接着经由透镜111从物体107反射回到像素阵列113。在由于到物体107和来自物体107的光脉冲的飞行时间所引起的持续时间T_TOF317之后，由像素阵列113中的像素接收经反射的光309的光脉冲。如所述实例中所展示，经反射的光309具有与经发射的光305相同的调制频率以及相同的工作循环和脉冲宽度T_PW347。

现结合图2中所说明的实例飞行时间像素219参考图3A中所描绘的实例，响应于用经反射的光309照明光电二极管221而将光生电荷积累于每一像素219的光电二极管221中。在一个实例中，响应于第一调制信号TX1325而切换第一晶体管225且响应于第二调制信号TX2329而切换第二晶体管229。如图3A中描绘的实例所展示，第一调制信号TX1325具有与经发射的光305相同的调制频率且与经发射的光305同相。在一个实例中，可使用同步信号115实现经发射的光305与第一调制信号325之间的此同步。此外，第一调制信号TX1325的每一脉冲具有与经发射的光305相同的接通时间脉冲宽度T_PW347。因此，由于第一调制信号TX1325的每一脉冲与经发射的光305的每一脉冲同相且具有与经发射的光305的每一脉冲相同的脉冲宽度T_PW347，所以在经反射的光309的每一脉冲结束之前，将第一调制信号TX1325的每一脉冲切换为关闭。

如所描绘的实例中所展示，第二调制信号TX2329也具有与经发射的光305相同的调制频率和相同的接通时间脉冲宽度T_PW347。然而，第二调制信号TX2329与第一调制信号TX2325非同相。具体来说，第二调制信号TX2329的每一脉冲紧接在第一调制信号TX2325的每一脉冲之后且与第一调制信号TX2325的每一脉冲不重叠。因此，如图3A所展示，在经反射的光309的接通时间脉冲期间，将第二调制信号TX2329的每一脉冲切换为开启。

因此，如图3A所展示，根据本发明教示，在第一调制信号TX1325的每一脉冲的结束部分期间和在第二调制信号TX2329的每一脉冲的开始部分期间，由光电二极管221接收经反射的光309的每一接通时间脉冲。

如上文所提及，响应于第一调制信号TX1325切换第一晶体管225且响应于第二调制信号TX2329切换第二晶体管229。因此，在第一调制信号TX1325的每一接通时间脉冲期间，将积累于光电二极管221中的光生电荷转移到第一电荷存储装置223。在所述实例中，响应于所述第一调制信号TX1325而从光电二极管221转移到第一电荷存储装置223的此光生电荷在图3A中表示为Q1349。类似地，在第二调制信号TX2329的每一接通时间脉冲期间，将积累于光电二极管221中的光生电荷转移到第二电荷存储装置227。在所述实例中，响应于第二调制信号TX2329而从光电二极管221转移到第二电荷存储装置223的光生电荷在图3A中表示为Q2351。

在一个实例中，从光源103发射的光行进到物体107且从物体107行进而花费的飞行时间T_TOF317可根据下文等式(3)中的下列关系确定：

$T_{\mathrm{TOF}}=T_{\mathrm{PW}}\left(\frac{\mathrm{\ΣQ}2}{\mathrm{\Σ}(Q1+Q2)}\right)---\left(3\right)$

其中T_TOF表示飞行时间T_TOF317，T_PW表示脉冲宽度T_PW347，ΣQ2表示积累于第二电荷存储装置227中的电荷Q2的总量，且Σ(Q1+Q2)表示积累于第一电荷存储装置223和第二电荷存储装置227中的电荷总量的总和。一旦确定飞行时间T_TOF317，就根据本发明教示接着T_TOF结果可取代到上文所概述的等式(2)中以确定距离L。

返回参考上文图2所说明的实例，应了解，为积累电荷且从第一电荷存储装置223和第二电荷存储装置227读取信息的目的，共享像素219中的若干有源装置。此共享架构不仅与已知飞行时间像素架构相比减少所需有源装置的数量，而且还根据本发明教示使得能够直接从读出节点233获得ΣQ2和Σ(Q1+Q2)。具体来说，当将启用晶体管235切换为关闭时，读出节点233处的信号表示积累于第二电荷存储装置227中的总电荷Q2。所述信号接收于放大器晶体管231的输入栅极端子处且作为表示ΣQ2的第一信号输出。接着，此第一信号可经由行选择晶体管237输出到位线239。

当将启用晶体管235切换为开启时，第一电荷存储装置223也耦合到读出节点233。因此，读出节点233处的信号表示存储于第一电荷存储装置233上的电荷总量Q1与存储于第二电荷存储装置227上的电荷总量Q2的总和。此信号接收于放大器晶体管231的输入栅极端子处且作为表示Σ(Q1+Q2)的第二信号输出。接着此第二信号可经由行选择晶体管237输出到位线239。利用表示ΣQ2的第一信号和表示Σ(Q1+Q2)的第二信号，接着可根据本发明教示通过将第一和第二信号的商乘以接通时间脉冲宽度T_PW347根据上文所讨论的等式(3)直接确定飞行时间T_TOF317。因此，如上文所提及，应了解，根据本发明教示，像素219直接用共享的有源装置(例如，单一复位晶体管241、放大器晶体管231、行选择晶体管237和光电二极管221)提供第一和第二信号。

图3B是展示根据本发明教示的实例飞行时间成像系统中的经发射的光脉冲和经反射的光脉冲相对于第一和第二晶体管的切换的另一实例的时序图。应了解，图3B类似于图3A，但沿着图3B的x轴的时间刻度具有比图3A的时间刻度更低的分辨率。因而，图3B说明允许电荷遍及多个循环的经发射的光309而积累于电荷存储装置223和227中的实例。在图3B所展示的实例中，在由RO357指示的时间光源为开启353的周期期间，从像素219读出电荷信息，这在多个经反射的光脉冲被允许照明光电二极管221且具有分别转移到第一电荷存储装置223和第二电荷存储装置227的电荷Q1和Q2之后发生。这样做，允许电荷遍及多个循环积累于电荷存储装置223和227中，由于归因于20纳秒到100纳秒的范围中的非常短的照明脉冲而使得脉冲宽度T_PW347如此小，所以与基于仅单一光脉冲的飞行时间计算相比，这提供经改进的信噪比。

图3B还说明对于一或多个周期光源为关闭355以允许采取背景信号测量359的实例。在此实例中，当未用经反射的光309照明光电二极管221时，周期性测量来自第一电荷存储装置223和第二电荷存储装置227的背景信号。可在如图展示的光关闭355周期结束时采取此测量。在一个实例中，此测量可表示周围光和/或像素中的暗电流，其将向飞行时间计算添加噪声。在一个实例中，此背景信号测量359可存储为校准信息且在根据本发明教示确定飞行时间测量值T_TOF317时可从在光开启353周期期间采取的测量值减去以对背景噪声作补偿。

图4是说明根据本发明教示的飞行时间像素419的另一实例示意图的示意图。应了解，飞行时间像素419与图2的飞行时间像素219共享许多类似处，且也可包含于图1A的实例飞行时间像素阵列113中。例如，类似于飞行时间像素219，飞行时间像素419包含光电二极管421、第一电荷存储装置423，且第一转移晶体管425耦合于光电二极管421与第一电荷存储装置423之间以响应于第一调制信号TX1而选择性地转移电荷。此外，飞行时间像素419还包含第二电荷存储装置427，且第二转移晶体管429耦合于光电二极管421与第二电荷存储装置427之间以响应于第二调制信号TX2而选择性地将电荷转移到第二电荷存储装置427。在一个实例中，光电二极管421为耦合到第一晶体管425和第二晶体管429的单一光电二极管。此外，启用晶体管435耦合于第一电荷存储装置423与读出节点433之间以选择性地将第一电荷存储装置423耦合到读出节点433。此外，复位晶体管441耦合到启用晶体管435和第一电荷存储装置423，其可用于通过经由第一晶体管425和/或第二晶体管429将光电二极管421选择性地耦合到AVDD电压而复位积累于光电二极管421中的电荷。

实例飞行时间像素419与图2的实例飞行时间像素219之间的差异在于飞行时间像素419中包含耦合于读出节点433与放大器晶体管431的栅极端子之间的输出晶体管443。此外，如图4所描绘的实例中所展示，飞行时间像素419包含耦合到放大器晶体管431的栅极端子和输出晶体管443的第三电荷存储装置。在一个实例中，第三电荷存储装置包含如图4中所说明的电容性耦合晶体管。在所说明的实例中，可响应于输出晶体管443的切换而将电荷从读出节点433转移到第三电荷存储装置445。在一个实例中，在放大读出节点433处的信号之前，将电荷从第一电荷存储装置423和/或第二电荷存储装置427经由读出节点433转移到第三电荷存储装置445。

类似于飞行时间像素219，飞行时间像素419的放大器晶体管431以源极随耦器配置而耦合，这因此将放大器晶体管431的栅极端子处的输入信号放大到放大器晶体管431的源极端子处的输出信号。如图展示，行选择晶体管437耦合到放大器晶体管431的源极端子以将放大器晶体管431的输出选择性地耦合到飞行时间像素419的位线439。

图5是根据本发明教示更详细展示实例飞行时间感测系统501的一部分的框图。如图展示，飞行时间感测系统501的所说明的实例包含飞行时间像素阵列513、读出电路553、功能逻辑555和控制电路557。应了解，飞行时间像素阵列513与图1A的飞行时间像素阵列113对应。

在图5所说明的实例中，像素阵列513为飞行时间像素(例如，像素P1、P2…Pn)的二维(2D)阵列。在一个实例中，飞行时间像素P1、P2…Pn中的每一者可大体上类似于上文图1到图4中所讨论的飞行时间像素中的一者。如所说明，每个像素布置成行(例如，行R1到Ry)和列(例如，列C1到Cx)以获取聚焦到像素阵列513上的物体图像的飞行时间数据。因此，所述飞行时间数据可接着用于根据本发明教示确定到所述物体的距离或深度信息。

在一个实例中，在每一像素将其Q1和Q2电荷信息积累于如上文所讨论的相应电荷存储装置中之后，Q2和Q1+Q2信号由读出电路553读出且转移到功能逻辑555以进行处理。读出电路553可包含放大电路、模/数转换(ADC)电路或其它电路。在一个实例中，功能逻辑555可确定每一像素的飞行时间和距离信息。在一个实例中，功能逻辑还可存储飞行时间信息和/或甚至操纵所述飞行时间信息(例如，背景噪声的修剪、旋转、调整，或类似物)。在一个实例中，读出电路553可沿着读出列线一次读出一行图像数据(已说明)或可使用各种其它技术(未说明)读出图像数据，例如，串行读出或完全并行同时读出所有像素。

在所说明的实例中，控制电路557耦合到像素阵列513以控制像素阵列513的操作。例如，控制电路557可产生第一调制信号TX1125、225、325或425和第二调制信号TX2129、229、329或429信号以控制像素阵列513的每一像素中的相应第一和第二晶体管。因此，控制电路557可控制电荷从相应光检测器转移到如上文关于图1到图4所描述的电荷存储装置。在一个实例中，根据本发明教示，控制电路557还可用同步信号515控制发射光脉冲到物体的光源(类似于(例如)图1的光源103)，以同步经调制光到所述物体的发射以确定飞行时间信息。

包含摘要中所描述的内容的本发明的所说明的实施例的以上描述不希望为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式。尽管出于说明性目的已在本文描述本发明的特定实施例和实例，但如相关领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内，各种修改是可能的。

可鉴于上文详细描述对本发明作出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围应完全由所附权利要求书确定，所附权利要求书应根据权利要求阐释的所确立原则来解释。

Claims (28)

1.一种设备，其包括：

光电二极管，其响应于入射于所述光电二极管上的光而积累电荷；

第一电荷存储装置；

第一转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与所述第一电荷存储装置之间以将来自所述光电二极管的电荷选择性地转移到所述第一电荷存储装置；

第二电荷存储装置；

第二转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与所述第二电荷存储装置之间以将来自所述光电二极管的电荷选择性地转移到所述第二电荷存储装置；

启用晶体管，其耦合于所述第一电荷存储装置与耦合到所述第二电荷存储装置的读出节点之间以将所述第一电荷存储装置选择性地耦合到所述读出节点；以及

放大器晶体管，其具有耦合到所述读出节点的栅极。

2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括耦合于所述放大器晶体管的输出与位线之间的行选择晶体管。

3.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括耦合到所述启用晶体管以选择性地复位积累于所述光电二极管中的电荷的复位晶体管。

4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括耦合于所述读出节点与所述放大器晶体管的所述栅极之间的输出晶体管。

5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括耦合到所述放大器晶体管的所述栅极的第三电荷存储装置。

6.根据权利要求1所述的设备，其中当所述启用晶体管为关闭时，所述读出节点处的信号表示存储于所述第二电荷存储装置中的总电荷。

7.根据权利要求1所述的设备，其中当所述启用晶体管为开启时，所述读出节点处的信号表示存储于所述第一电荷存储装置中的总电荷与存储于所述第二电荷存储装置中的总电荷的总和。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述光电二极管为耦合到所述第一和第二晶体管的单一光电二极管。

9.一种使用像素确定飞行时间的方法，所述方法包括：

从光源向物体发射经调制的光，其中所述经调制的光具有调制频率和接通时间脉冲宽度；

用从所述物体反射的所述经调制的光照明光电二极管；

响应于从所述物体反射的所述经调制的光而将电荷积累于所述光电二极管中；

响应于第一调制信号而将来自所述光电二极管的光生电荷转移到第一电荷存储装置，其中所述第一调制信号具有所述调制频率和所述接通时间脉冲宽度，且其中所述第一调制信号与所述物体处发射的所述经调制的光同相；

响应于第二调制信号而将来自所述光电二极管的光生电荷转移到第二电荷存储装置，其中所述第二调制信号具有所述调制频率和所述接通时间脉冲宽度，且其中所述第二调制信号与所述第一经调制的信号非同相；

响应于存储于所述第二电荷存储装置上的电荷总量而产生第一信号；

响应于存储于所述第一电荷存储装置上的电荷总量与存储于所述第二电荷存储装置上的电荷总量的总和而产生第二信号；以及

响应于所述第一和第二信号确定从所述物体反射的所述经调制的光的飞行时间。

10.根据权利要求9所述的方法，其中确定从所述物体反射的所述经调制的光的所述飞行时间包括：将所述第一信号和所述第二信号的商乘以所述接通时间脉冲宽度。

11.根据权利要求9所述的方法，其中将来自所述光电二极管的光生电荷转移到所述第一电荷存储装置包括：响应于所述第一经调制的信号而切换耦合于所述光电二极管与所述第一电荷存储装置之间的第一转移晶体管。

12.根据权利要求9所述的方法，其中将来自所述光电二极管的光生电荷转移到所述第二电荷存储装置包括：响应于所述第二经调制的信号而切换耦合于所述光电二极管与所述第二电荷存储装置之间的第二转移晶体管。

13.根据权利要求9所述的方法，其中产生所述第一信号包括：设定耦合到所述第一电荷存储装置的读出节点且放大耦合到所述第一电荷存储装置的所述读出节点处的信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括在放大所述信号之前将来自耦合到所述第一电荷存储装置的读出节点的电荷转移到耦合到放大器晶体管的栅极的第三电荷存储装置。

15.根据权利要求9所述的方法，其中产生所述第二信号包括：设定待耦合到所述第一和第二电荷存储装置的读出节点且放大耦合到所述第一和第二电荷存储装置的所述读出节点处的信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括在放大所述信号之前将来自耦合到所述第一和第二电荷存储装置的读出节点的电荷转移到耦合到放大器晶体管的栅极的第三电荷存储装置。

17.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在响应于从所述物体反射的所述经调制的光而积累电荷之前复位所述光电二极管。

18.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在未用从所述物体反射的所述经调制的光照明所述光电二极管时从所述第一和第二电荷存储装置取样背景信号，以及在确定从所述物体反射的所述经调制的光的所述飞行时间时从所述第一和第二信号减去所述背景信号。

19.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二调制信号的每一脉冲紧接在所述第一经调制的信号的每一脉冲之后。

20.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

当没有来自从所述物体反射的所述经调制的光的照明时，周期性地测量所述光电二极管中的电荷的背景信号；以及

用所述经周期性测量的背景信号校准所述像素以对像素中的背景噪声作补偿。

21.一种飞行时间感测系统，其包括：

光源，其向物体发射经调制的光；

飞行时间像素阵列，其具有多个像素，其中所述像素中的每一者包括：

光电二极管，其响应于从所述物体反射的入射于所述光电二极管上的所述经调制的光而积累电荷；

第一电荷存储装置；

第一转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与所述第一电荷存储装置之间以将来自所述光电二极管的电荷选择性地转移到所述第一电荷存储装置；

第二电荷存储装置；

第二转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与所述第二电荷存储装置之间以将来自所述光电二极管的电荷选择性地转移到所述第二电荷存储装置；

启用晶体管，其耦合于所述第一电荷存储装置与耦合到所述第二电荷存储装置的读出节点之间以将所述第一电荷存储装置选择性地耦合到所述读出节点；以及

放大器晶体管，其具有耦合到所述读出节点的栅极。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述像素中的每一者进一步包括耦合于所述放大器晶体管的输出与位线之间的行选择晶体管。

23.根据权利要求21所述的系统，其中所述像素中的每一者进一步包括耦合到所述启用晶体管以选择性复位积累于所述光电二极管中的电荷的复位晶体管。

24.根据权利要求21所述的系统，其中所述像素中的每一者进一步包括耦合于所述读出节点与所述放大器晶体管的所述栅极之间的输出晶体管。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述像素中的每一者进一步包括耦合到所述放大器晶体管的所述栅极的第三电荷存储装置。

26.根据权利要求21所述的系统，其中当所述启用晶体管为关闭时，所述读出节点处的信号表示存储于所述第二电荷存储装置中的总电荷。

27.根据权利要求21所述的系统，其中当所述启用晶体管为开启时，所述读出节点处的信号表示存储于所述第一电荷存储装置中的总电荷与存储于所述第二电荷存储装置中的总电荷的总和。

28.根据权利要求21所述的系统，其中所述光电二极管为耦合到所述第一和第二晶体管的单一光电二极管。