TWI905331B - 光電二極體組件 - Google Patents

光電二極體組件

Info

Publication number
TWI905331B
TWI905331B TW110145191A TW110145191A TWI905331B TW I905331 B TWI905331 B TW I905331B TW 110145191 A TW110145191 A TW 110145191A TW 110145191 A TW110145191 A TW 110145191A TW I905331 B TWI905331 B TW I905331B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
photodiode assembly
imaging
doped well
multiplication
voltage
Prior art date
Application number
TW110145191A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202230756A (zh
Inventor
吳敏錫
Original Assignee
美商微軟技術授權有限責任公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商微軟技術授權有限責任公司 filed Critical 美商微軟技術授權有限責任公司
Publication of TW202230756A publication Critical patent/TW202230756A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI905331B publication Critical patent/TWI905331B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—Three-dimensional [3D] imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a two-dimensional [2D] array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/705—Pixels for depth measurement, e.g. RGBZ
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

一種光電二極體組件包含光導基板，包括與可控電壓偏壓源耦接的P摻雜區域、及相鄰的N摻雜阱。光電二極體組件進一步包含與N摻雜阱的第一及第二側面上的光導基板耦接的第一及第二電容器。第一及第二控制輸入亦與光導基板耦接，其中啟動第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第一倍增區域朝向第一電容器流動，並且啟動第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第二倍增區域朝向第二電容器流動。選擇性控制藉由電壓偏壓源提供的電壓改變藉由N摻雜阱的第一及第二倍增區域提供的倍增效應。

Description

光電二極體組件
本揭示案係關於光電二極體組件。
深度照相機經配置為朝向環境發射成像光，隨後在影像感測器處接收從環境中的物件反射的成像光。影像感測器包括回應於光而產生電信號的複數個光導像素。深度照相機可產生影像，該影像基於由影像感測器產生的電信號來描繪環境。
一種光電二極體組件，包含：光導基板，包括：P摻雜區域，與可控電壓偏壓源耦接；以及N摻雜阱，鄰近P摻雜區域；第一及第二電容器，與N摻雜阱的相應第一及第二側面上的光導基板耦接；第一及第二控制輸入，與光導基板耦接，其中啟動第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第一倍增區域朝向第一電容器流動，並且啟動第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第二倍增區域朝向第二電容器流動；以及其中選擇性控制藉由電壓偏壓源提供的電壓改變藉由N摻雜阱的第一及第二倍增區域提供的倍增效應。
一種間接飛行時間(time-of-flight; TOF)深度照相機系統，包含：光發射器，經配置為朝向現實環境中的物件發射成像光；以及影像感測器，包含複數個像素，經配置為接收藉由現實環境中的物件反射的成像光，複數個像素的每一者包括光電二極體組件，並且每個光電二極體組件包含：光導基板，包括：P摻雜區域，與可控電壓偏壓源耦接；以及N摻雜阱，鄰近P摻雜區域；第一及第二電容器，與N摻雜阱的相應第一及第二側面上的光導基板耦接；第一及第二控制輸入，與光導基板耦接，其中啟動第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第一倍增區域朝向第一電容器流動，並且其中啟動第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第二倍增區域朝向第二電容器流動；以及其中選擇性控制藉由電壓偏壓源提供的電壓改變藉由N摻雜阱的第一及第二倍增區域提供的倍增效應。
一種影像感測器的像素，包含：光導基板，包括：P摻雜區域，與經配置為提供反向偏壓光電二極體組件的負電壓的可控電壓偏壓源耦接；以及N摻雜阱，鄰近P摻雜區域；第一及第二電容器，與N摻雜阱的相應第一及第二側面上的光導基板耦接；第一及第二控制輸入，與光導基板耦接，其中啟動第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第一倍增區域朝向第一電容器流動，並且啟動第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第二倍增區域朝向第二電容器流動；其中選擇性控制藉由可控電壓偏壓源提供的負電壓改變藉由N摻雜阱的第一及第二倍增區域提供的倍增效應；以及像素控制器，經配置為輸出像素的深度值，深度值基於藉由第一及第二電容器累積的電荷的相對量來決定。
如上文描述，深度照相機藉由朝向環境發射成像光、隨後在影像感測器處接收藉由環境中的物件反射回的一些成像光來操作。影像感測器包括複數個像素，其各者包括經配置為電回應入射光的光電二極體。因此，藉由監測複數個光電二極體的每一者處的電條件，深度照相機可以決定光何時在影像感測器的不同像素處接收。
不同光電二極體配置可以實現不同位準的成像效能，從而影響因素諸如像素大小、感測器解析度、操作距離、電力消耗、低光效能、暗電流放大、對2D與3D成像場景的適用性等。此種因素受嵌入每個光電二極體內並且在每個光電二極體周圍的特定電路系統影響。在設計光電二極體組件時，大體期望減小像素大小，藉此增加影像感測器解析度，同時亦增加操作距離、減少電力消耗及暗電流放大、並且改進低光效能。
為此，本揭示涉及一種光電二極體組件，其中與第一及第二控制輸入串聯的電壓偏壓源回應於光而影響光電二極體組件內的電子流動。在一些實例中，可控電壓偏壓源可提供反向偏壓光電二極體組件的負電壓。然而，大體上，回應於光產生的電子穿過第一或第二倍增區域流動，最終到達第一或第二電容器，取決於第一還是第二控制輸入係有效的。藉由評估藉由兩個電容器累積的電荷的相對量，深度照相機可決定影像感測器的每個像素的像素值。
此外，本文描述的光電二極體組件可實現總像素大小的減小，並且由此增加影像感測器解析度。光電二極體組件可進一步減輕或緩解暗電流的放大，亦即，甚至在缺乏光時，在光電二極體中產生的電流。類似地，本文描述的光電二極體組件可在一些場景中適用於2D及3D深度成像技術的任一者或兩者。例如，在3D成像場景中，本文描述的光電二極體組件可用於增加深度照相機系統的操作距離，及/或減小光發射器的電力消耗。在2D成像場景中，本文描述的光電二極體組件可用於增強低光效能，以及其他改進。
第1圖示意性圖示了經配置為成像現實環境102的示例深度照相機系統100。現實環境102包括待藉由深度照相機成像的物件104（在此情況下，香蕉）。本揭示主要聚焦於3D成像場景，其中深度照相機系統基於反射的成像光輸出3D深度影像，其中深度影像的像素值編碼在影像感測器的每個像素與現實環境中的物件之間的距離。此外或替代地，深度照相機系統可在2D成像場景中可用，例如，成像光可用作光源以產生相對暗環境的2D影像。
在第1圖中，深度照相機100使用光發射器106來朝向現實環境102中的物件104發射成像光108。深度照相機隨後在影像感測器112處接收反射的成像光110，反射的成像光從物件104反射。本揭示案主要聚焦於場景，其中深度照相機係經配置為發射成像光作為連續調變的光波的間接飛行時間(ToF)深度照相機。如將在下文更詳細描述，ToF深度照相機可隨後藉由決定在成像光波與在影像感測器的像素處接收的反射的光波之間的相位差來決定場景中的物件的深度。然而，在其他實例中，深度照相機可經配置為發射成像光並且以其他適宜方式決定影像感測器像素的深度值。
成像光及因此光發射器可各自採取任何適宜形式。在一個實例中，成像光可係具有在780 nm與1 mm之間的波長的紅外(infrared; IR)光。在其他實例中，然而，成像光可使用具有其他適宜波長的其他類型的電磁輻射。光發射器可使用適用於產生2D及/或3D成像的成像光的任何光學發送器技術，例如，成像光可作為連續調變波、空間變化圖案、或離散脈衝的序列發射。作為實例，光發射器可包括一或多個發光二極體(light emitting diode; LED)或雷射二極體的陣列。
如上文論述，影像感測器112包括複數個像素，各自獨立地經配置為回應於光而輸出電信號。第1圖包括影像感測器112的放大視圖，其中標記了三個特定像素114A、114B、及114C。第1圖包括像素114C的進一步的放大視圖，圖示了像素包括光電二極體組件116及像素控制器118。如將在下文更詳細描述，在光電二極體組件內的電條件可受衝擊光電二極體組件的光的光子影響。本揭示大體聚焦於3D成像場景，在此情況下在每個像素處的電條件可經量化並且處理以決定像素的深度值，例如，藉由像素控制器118。然而，將理解，本文描述的光電二極體組件可額外或替代地用在2D成像場景中。在任何情況下，在影像感測器的每個像素處的電條件可經解釋為基於影像感測器處接收的反射的成像光來產生影像。
例如，每個像素的像素控制器可向深度照相機的邏輯子系統120報告彼像素處經歷的電條件的一些指示。邏輯子系統可基於在影像感測器的複數個像素的每一者處接收的成像光輸出現實環境的影像。在一些情況下，深度照相機系統100可實施為下文關於第7圖描述的計算系統700。在此種情況下，邏輯子系統120可實施為第7圖的邏輯子系統702。關於計算系統700及邏輯子系統702的進一步細節將在下文關於第7圖提供。
將理解，第1圖係示意性高度簡化的，並且僅用於說明而提供。在第1圖中描繪的各個部件的大小、形狀、及位置係非限制性的並且不意欲描繪現實使用場景。在實際應用中，深度照相機系統、影像感測器、及影像感測器的獨立像素可各自包括未在第1圖中描繪的任何數量的額外部件，及/或省略或替代第1圖所示的一些部件。大體上，深度照相機系統連同在深度照相機系統內包括的任何計算部件一起可具有任何適宜的配置、外形尺寸、及能力。
第2A圖及第2B圖示意性提供了光電二極體組件116的更詳細視圖，該視圖可提供上文概述的一或多個優點。與第1圖一樣，將理解，第2A圖及第2B圖經高度簡化並且係非限制性的。如圖所示，光電二極體組件116包括光導基板200。光導基板可由任何適宜的材料構造。作為非限制性實例，光導基板可包括矽、鍺、硫化鉛、硒、砷化銦鎵、及/或適宜的有機光導聚合物。大體上，光導基板可包括材料的任何適宜組合，當與適宜電路系統操作地耦接時，該等材料實現回應於衝擊光導基板的光的光子的電流產生。因為光電二極體組件係具有複數個像素的影像感測器的特定像素的部件，如上文論述，在複數個像素的每一者中產生的電流可實現產生描繪周圍現實環境的影像。
光導基板包括P摻雜區域202及鄰近P摻雜區域的N摻雜阱206。任何適宜的半導體摻雜劑材料可用於在光導基板內形成P摻雜區域及N摻雜阱。作為非限制性實例，P型摻雜劑電子受體可包括硼、鎵、鋁、或銦，而N型摻雜劑電子供體可包括磷、銻、或砷。
如第2A圖所示，P摻雜區域與可控電壓偏壓源204耦接，該可控電壓偏壓源經配置為提供影響光導基板內的電條件的可控電壓。在一些情況下，藉由電壓偏壓源提供的電壓可係反向偏壓光電二極體組件的負電壓。換言之，並且與典型二極體操作相反，P摻雜區域可受負電壓源影響，而N摻雜阱可受正電壓源影響，稱為「反向偏壓」二極體。
光電二極體組件亦包括與N摻雜阱206的相應第一及第二側面上的光導基板耦接的第一電容器208A及第二電容器208B。電容器208A及208B可各自提供不同的電壓輸入，該電壓輸入影響光導基板內的電流的流動，例如，反向偏壓二極體的正電壓。在一個實例中，第一及第二電容器可提供+3.3 V的電壓，儘管可取決於實施方式而使用其他適宜電壓。
反向偏壓光電二極體的程度取決於在影響P摻雜區域的負電壓源與影響N摻雜阱的正電壓源之間的電壓差。藉由增加此電壓差，在P摻雜區域與N摻雜阱之間的耗盡區域的大小增加，從而阻止在光導基板的不同摻雜區域之間的電流流動。此效應增強直到突崩點，在突崩點處在光導基板內的電位足夠高以導致特定電荷載流子（例如，電子）以足夠的能量移動，以在其路徑上移位額外電荷載流子，從而導致連鎖反應或「突崩」。
導致此反向偏壓效應的電壓差可以藉由控制負及正電壓源的任一者或兩者來控制。在此實例中，負電壓偏壓源係可控的，而第一及第二電容器提供相對固定的正電壓源。在其他實例中，然而，負及正電壓源的任一者或兩者可係可控的以提供反向偏壓效應。
藉由繼續增加電壓差，藉由反向偏壓光二極體導致的倍增效應可增加直到崩潰點，在崩潰點處甚至在缺乏反向偏壓電壓源時在光導基板內的分子變得離子化並且電流穿過基板流動。光電二極體超過崩潰電壓的操作有時稱為「蓋革模式(Geiger-mode)」。蓋革模式的光電二極體經常藉由相對大的像素大小表徵，並且在可以導出可用深度資料之前通常需要若干影像訊框。相比之下，本揭示案主要涉及其中負電壓在零伏特與光電二極體組件的蓋革模式閾值電壓之間可控的場景。此種操作可以稱為「線性模式」，並且實現較小像素、較大感測器解析度，並且允許由較少的影像訊框決定深度資料。
簡而言之，因為反向偏壓光電二極體組件，衝擊光導基板的光子導致電流在基板內流動。此電流流動的方向可以受與光導基板耦接的控制輸入影響。具體地，在第2A圖中，第一控制輸入210A及第二控制輸入210B在對應於第一電容器208A及第二電容器208B的N摻雜阱的側面上與光導基板耦接。當控制輸入210A係有效的並且光子衝擊光導基板時，第一及第二控制輸入可以配置為導致電子穿過N摻雜阱的第一倍增區域212A朝向第一電容器208A流動。具體地，第一倍增區域靠近光電二極體組件內的PN接面。在一些情況下，倍增區域可與像素缺陷（諸如閘極氧化物界面缺陷及表面缺陷）間隔開，從而減少暗電流的放大。
此情形在第2A圖中示出，第2A圖圖示了電子從N摻雜阱內朝向第一電容器208A流動。第一控制輸入210及可控電壓源204以黑色填充以指示其等有效地向光導基板提供電壓，而第二控制輸入210B以白色填充以指示其係無效的。因為反向偏壓光電二極體組件，穿過倍增區域流動的電子倍增，從而導致每個光子衝擊光電二極體組件產生更多總電流。將理解，在光導基板內的倍增區域的位置將在實施方式之間變化，取決於在基板內的具體電條件。此外，在一些情況下，倍增區域不需要局限到光導基板內的任何特定區域，而是可代表歸因於藉由各種電壓源導致的電條件在光導基板內存在的普遍效應。
現轉到第2B圖，第二控制輸入210B係有效的，而第一控制輸入210A係無效的。回應於光子衝擊光導基板，啟動第二控制輸入導致電子穿過N摻雜阱的第二倍增區域212B朝向第二電容器208B流動。與第一倍增區域一樣，第二倍增區域的性質、及其在光導基板內的位置將在實施方式之間變化，取決於在光電二極體內的具體電條件。此外，第一及第二倍增區域不需要係分離的，而是可代表在光導基板內藉由反向偏壓電壓源導致的普遍效應。
然而，在任何情況下，倍增區域可受藉由可控電壓偏壓源204提供的負電壓影響。因此，控制負電壓為相對更負的可增加由倍增區域提供的倍增效應。類似地，控制負電壓為相對較小負電壓可降低倍增效應。再者，對應於光電二極體的線性模式操作，負電壓可係在零伏特與光電二極體組件的蓋革模式閾值之間可控的。負電壓源及正電壓源的任一者或兩者可經由任何適宜機制控制，例如，電壓源可與像素控制器118通訊地耦接，該像素控制器可設定施加到光電二極體組件的電壓。
在一些情況下，負電壓可係動態可控的，例如，從一個成像訊框到另一個。藉由使用相對較小的負電壓，以較小信號及因此較差訊雜比(SNR)為代價，總電力消耗可降低，同時改進動態範圍。相比之下，以電力消耗為代價，使用相對較多的負電壓將導致較強信號及因此較高SNR。因此，負電壓可取決於各種操作條件而選擇性控制為負得更大或更小的，該等操作條件包括周圍光位準、裝置電池位準、及照相機系統是在2D還是3D成像模式下操作，例如，用於有利地針對在訊框之間的電流條件調諧光電二極體效能。在一些情況下，藉由將可控電壓設定為零伏特，可消除突崩效應，並且光電二極體組件可用作普通解調像素，例如，與3D深度成像相反，用於2D成像中。換言之，當可控電壓於接地偏壓(0 V)時，像素可用於2D及3D深度成像的任一者或兩者，儘管由於不再存在突崩效應而沒有信號放大。
在任何情況下，如上文描述，回應於光子衝擊光導基板，啟動第一或第二控制輸入導致電流分別流動到第一或第二電容器。此舉導致在對應於目前有效的控制輸入的電容器中累積電荷。因此，當將光電二極體暴露於光時，諸如在成像現實環境期間，累積電荷的電容器將取決於第一及第二控制輸入中的哪一者係目前有效的。如將在下文更詳細描述，此性質可以有利地用於決定在藉由深度照相機發射並且在光電二極體組件處偵測的成像光的調變波與在從環境中的物件反射之後返回的影像光的反射波之間的相位差。
第3圖描繪了可用於控制光電二極體116並且實現本文描述的功能的示例電路圖300。如圖所示，電壓源204、第一電容器208A及第二電容器208B，連同第一控制輸入208A及第二控制輸入208B一起，在電路圖300內標記。值得注意，第一及第二控制輸入標記為PG_A及PG_B。在電路圖內的其他部件包括汲極閘極DG、傳遞閘極TG_A及TG_B、重設閘極RG_A及RG_B、源極隨耦器SF_A及SF_B、及選擇閘極SEL_A及SEL_B。在第一及第二電容器中累積的電荷可穿過電路圖300內的其他部件傳播以最終向像素控制器118報告。如上文論述，基於在光電二極體組件內的電條件，像素控制器可決定影像的像素值、及/或向可用於決定像素值的分離處理元件（例如，邏輯子系統120）報告資料。
現轉到第4圖，圖示了示例時序圖400，該時序圖指示可在成像現實環境期間如何有利地控制第一及第二控制輸入。具體地，如由曲線402指示，成像光作為複數個成像脈衝藉由深度照相機的光發射器106發射。此種脈衝可係離散脈衝，亦即，光發射器可以設定的時間頻率供電及斷電。或者，成像光可作為連續調變波發射，並且複數個脈衝可係再次以設定時間頻率出現的連續波中的峰。所使用的具體頻率可在實施方式之間變化，作為非限制性實例，時間頻率的範圍可係從20 MHz至400 MHz。
曲線404A及404B指示在第一成像訊框期間的第一及第二控制輸入的活動。如圖所示，在第一成像訊框期間，第一控制輸入在具有與複數個成像脈衝相同的相位的第一複數個離散控制脈衝中啟動。換言之，在每個成像脈衝期間，第一控制輸入係有效的。相比之下，第二控制輸入在具有與第一複數個離散控制脈衝相反的相位的第二複數個離散控制脈衝中啟動。因此，當第一控制輸入係有效時，第二控制輸入係無效的，並且反之亦然。此外，當正發射成像光時，第一控制輸入係有效的，並且當未發射成像光時（或在連續調變成像波的情況下，當成像光正以相對較小的強度發射時），第二控制輸入係有效的。給定此關係，並且在缺乏從環境返回的任何反射的成像光時，與第二電容器相比，第一電容器將在第一成像訊框期間累積實質上更多電荷。
繼續第4圖，圖表400亦包括曲線406A及406B，從而指示在第二成像訊框期間的第一及第二控制輸入的活動。在第二成像訊框期間，成像光仍在具有實質上相同的時間頻率的與第一成形訊框相同的脈衝序列中發射。然而，相比之下，第一控制輸入在與第一複數個離散控制脈衝異相90度的第三複數個離散控制脈衝中啟動。第二控制輸入在具有與第三複數個控制脈衝相反的相位的第四複數個離散控制脈衝中啟動，意味著第二控制輸入再次具有與第一控制輸入相反的相位。然而，因為與第一成像訊框相比，兩個控制輸入現在90度異相地啟動，在發射成像光期間其等將各自係有效歷時類似時間量。給定此關係，並且再次忽略從環境返回的任何反射的成像光，第一及第二電容器將累積類似量的電荷。
然而，在發射成像光的每個脈衝之後，影像感測器將接收在從環境中的物件反射之後從環境返回的反射的成像光的對應脈衝。值得注意的是，反射的成像光將作為與發射的成像光異相的複數個脈衝接收，並且此相位差的程度將與在深度照相機與成像光由其反射的物件之間的距離成比例。換言之，當物件相對遠離深度照相機時，與當物件相對靠近照相機時相比，在發射的成像光的光子與稍後作為反射的成像光接收的光子之間經過的時間將係相對較長的。當藉由深度照相機成像的物件係相對更遠時，此將對應於相對較大的相位差，並且當物件相對更靠近時，對應於較小的相位差。
當光電二極體接收反射的成像光時，其將導致電流朝向第一及第二電容器的電容器流動，取決於第一及第二控制輸入中的哪一者係目前有效的。此將影響在上文描述的第一及第二成像訊框期間藉由第一及第二電容器累積的電荷的量。換言之，因為反射的成像光返回到影像感測器，在每個成像訊框期間藉由第一及第二電容器累積的電荷的量將與在缺乏反射的成像光時累積的電荷的量不同。從此，像素控制器、及/或深度照相機的其他處理部件可經配置為藉由比較在第一及第二成像訊框期間由第一及第二電容器累積的電荷的相對量在讀出階段期間輸出像素的深度值。
為了說明此舉，在第二成像訊框期間，第一及第二控制輸入的每一者用與發射的成像光異相90度的脈衝啟動。因此，如上文描述，第一及第二電容器將在缺乏任何反射的成像光、或未由深度照相機發射的其他環境光時累積相對等量的電荷。然而，接收與發射的成像光異相的反射的成像光的脈衝將改變此關係，例如，在第二成像訊框期間，第一電容器將累積80%的總電荷，而第二電容器累積20%。在期望累積電荷與實際累積電荷之間的此差可以用於導出在發射的成像光與反射的成像光之間的相位差，並且繼而輸出像素的深度值。
以上時序關係可以表徵為「兩階段」佈置，其中控制輸入在兩個不同成像訊框中以不同方式啟動。然而，將理解，此僅係非限制性實例。在其他途徑中，可使用多於兩個階段，例如，不同控制輸入可在三個或多個不同成像訊框中以不同方式啟動。此外，在一些情況下，發射成像光及啟動控制輸入的時間頻率可從一個階段到另一階段變化。換言之，一個時間頻率可在第一階段期間使用，而不同的時間頻率可在第二階段期間使用。
在成像環境期間，影像感測器的像素可在整合階段期間暴露於光，隨後可在讀出階段期間讀取獨立像素的值。此關於第5圖示意性示出，第5圖圖示了用於讀出影像感測器的像素的示例時序圖500。在此實例中，將影像感測器的複數個像素佈置為獨立可定址的複數行。在圖500中，像素的不同行藉由Rl（行1）、R2（行2）等等指示。如圖所示，在整合階段502期間將所有像素行暴露於光。整合階段可由此包括如上文論述的第一及第二成像訊框，其中第一及第二（及/或後續）成像訊框可在整合階段期間重複任何次數。值得注意的是，在此實例中，影像感測器使用全域快門，使得複數個像素的每一者同時暴露出。然而，在其他實例中，可使用滾動快門，在此情況下像素的不同行或列可於不同時間暴露出。
繼續第5圖，在讀出階段504期間，像素的每行的深度值逐行相繼讀出。具體地，如圖所示，像素值首先針對R1讀取，隨後針對R2分離地讀取，並且依此類推。然而，在其他實例中，每一行的像素值可同時讀取，或不同像素的像素值可以不包括逐行讀取像素的方式相繼讀取。像素值可藉由深度照相機系統的任何適宜的處理部件讀取，例如，藉由下文關於第7圖描述的邏輯子系統120及/或邏輯子系統702。
如上文論述，來自影像感測器的複數個像素的每一者的像素值可組合以給出描繪現實環境的影像。在3D成像場景中，像素值可係深度值，並且可組合為編碼在深度照相機與現實環境中成像的物件之間的距離的深度影像。
此在第6圖中圖示，第6圖示意性示出了輸出深度影像的製程。如圖所示，像素控制器118解釋第一電容器208A及第二電容器208B處的電條件。如上文描述，第一及第二電容器可在整合階段期間累積不同量的電荷，並且此差異取決於發射的成像光及在整合階段的不同成像訊框期間藉由光電二極體接收的反射的成像光的相對量。因此，藉由比較由電容器累積的電荷的相對量，可決定像素的深度值600A。深度值可在一些情況下藉由像素控制器118決定，或藉由深度照相機系統的不同處理部件決定。
在第6圖中，深度值600A藉由邏輯子系統120接收，該邏輯子系統組合深度值600B與對應於影像感測器的其他像素的複數個額外深度值，包括深度值600B。將對應於不同像素的深度值的組合輸出為深度影像602。
本文描述的方法及製程可涉及一或多個計算裝置的計算系統。特定而言，此種方法及製程可實施為可執行電腦應用程式、網路可存取計算服務、應用程式化介面(application-programming interface; API)、程式庫、或者以上及/或其他計算資源的組合。
第7圖示意性圖示了經配置為提供任何至全部本文描述的計算功能的計算系統700的簡化表示。計算系統700可採取下列形式：一或多個個人電腦、網路可存取伺服器電腦、平板電腦、家庭娛樂電腦、遊戲裝置、行動計算裝置、行動通訊裝置（例如，智慧電話）、虛擬/擴增/混合實境計算裝置、可穿戴計算裝置、物聯網路(Internet of Things; IoT)裝置、嵌入式計算裝置、及/或其他計算裝置。
計算系統700包括邏輯子系統702及儲存子系統704。計算系統700可視情況包括顯示子系統706、輸入子系統708、通訊子系統710、及/或在第7圖中未圖示的其他子系統。
邏輯子系統702包括經配置為執行指令的一或多個實體裝置。例如，邏輯子系統可經配置為執行指令，該等指令係一或多個應用、服務、或其他邏輯構造的部分。邏輯子系統可包括經配置為執行軟體指令的一或多個硬體處理器。此外或替代地，邏輯子系統可包括經配置為執行硬體或韌體指令的一或多個硬體或韌體裝置。邏輯子系統的處理器可係單核或多核的，並且其上執行的指令可經配置為用於連續、並行、及/或分散式處理。邏輯子系統的獨立部件視情況可在兩個或多個分離裝置之中分佈，該等裝置可遠端地定位及/或經配置為用於協調處理。邏輯子系統的態樣可經虛擬化並且藉由遠端可存取的聯網計算裝置執行，該等計算裝置以雲端計算配置來配置。
儲存子系統704包括經配置為暫時及/或永久保存電腦資訊（諸如可藉由邏輯子系統執行的資料及指令）的一或多個實體裝置。當儲存子系統包括兩個或多個裝置時，裝置可共置及/或遠端定位。儲存子系統704可包括揮發性、非揮發性、動態、靜態、讀/寫、唯讀、隨機存取、順序存取、位置可定址、檔案可定址、及/或內容可定址裝置。儲存子系統704可包括可移除及/或內置裝置。當邏輯子系統執行指令時，儲存子系統704的狀態可轉換，例如，用於保存不同資料。
邏輯子系統702及儲存子系統704的態樣可一起整合到一或多個硬體邏輯部件中。例如，此種硬體邏輯部件可包括程式及特殊應用積體電路(program- and application-specific integrated circuit; PASIC/ASIC)、程式及特殊應用標準產品(program- and application-specific standard product; PSSP/ASSP)、晶片上系統(system-on-ship; SOC)、及複雜可程式化邏輯裝置(complex programmable logic device; CPLD)。
邏輯子系統及儲存子系統可協作以實例化一或多個邏輯機器。如本文使用，術語「機器」用於共同代表硬體、韌體、軟體、指令、及/或協作以提供電腦功能的任何其他部件的組合。換言之，「機器」絕不係抽象概念，並且總是具有有形形式。機器可藉由單個計算裝置實例化，或機器可包括藉由兩個或多個不同計算裝置實例化的兩個或多個子部件。在一些實施方式中，機器包括與遠端部件（例如，藉由伺服器電腦的網路提供的雲端計算服務）協作的邏輯部件（例如，可藉由電腦處理器執行的軟體應用）。軟體及/或給定特定機器其功能的其他指令可視情況在一或多個適宜儲存裝置上保存為一或多個未執行的模組。
當包括在內時，顯示子系統706可用於呈現藉由儲存子系統704保存的資料的視覺表示。此視覺表示可採取圖形使用者介面(graphical user interface; GUI)的形式。顯示子系統706可包括虛擬地利用任何類型技術的一或多個顯示裝置。在一些實施方式中，顯示子系統可包括一或多個虛擬、擴增、或混合實境顯示器。
當包括在內時，輸入子系統708可包含與一或多個輸入裝置的介面。輸入裝置可包括感測器裝置或使用者輸入裝置。使用者輸入裝置的實例包括鍵盤、滑鼠、觸控式螢幕、或遊戲控制器。在一些實施例中，輸入子系統可包含所選的自然使用者輸入(natural user input; NUI)部件或與所選的自然使用者輸入(NUI)部件介接。此種部件可係整合或周邊的，並且輸入動作的轉換及/或處理可在板上或板外處理。示例NUI部件可包括：用於語音及/或音訊識別的麥克風；用於機器視覺及/或姿勢識別的紅外、彩色、立體、及/或深度照相機；用於運動偵測及/或意圖識別的頭部跟蹤器、眼部跟蹤器、加速度計、及/或陀螺儀。
當包括在內時，通訊子系統710可經配置為將計算系統700與一或多個其他計算裝置通訊地耦接。通訊子系統710可包括與一或多個不同通訊協定相容的有線及/或無線通訊裝置。通訊子系統可經配置為用於經由個人、邏輯及/或廣域網路來通訊。
本揭示藉由實例的方式並且參考相關聯的附圖呈現。在一或多個圖式中可實質上相同的部件、處理步驟、及其他元件協調識別並且以最小重複描述。然而，將注意到，協調識別的元件亦可在某種程度上不同。將進一步注意到，一些圖式可係示意性的並且不按比例繪製。圖中所示的各個繪圖比例、深寬比，及部件的數量可有意地變形以使某些特徵或關係更容易看到。
在一實例中，一種光電二極體組件包含：光導基板，包括：P摻雜區域，與可控電壓偏壓源耦接；以及N摻雜阱，鄰近P摻雜區域；第一及第二電容器，與N摻雜阱的相應第一及第二側面上的光導基板耦接；第一及第二控制輸入，與光導基板耦接，其中啟動第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第一倍增區域朝向第一電容器流動，並且啟動第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第二倍增區域朝向第二電容器流動；以及其中選擇性控制藉由電壓偏壓源提供的電壓改變藉由N摻雜阱的第一及第二倍增區域提供的倍增效應。在此實例或任何其他實例中，藉由電壓偏壓源提供的電壓係反向偏壓光電二極體組件的負電壓。在此實例或任何其他實例中，負電壓在零伏特與光電二極體組件的蓋革模式閾值電壓之間可控的。在此實例或任何其他實例中，將負電壓控制為相對更負的增加藉由第一及第二倍增區域提供的倍增效應。在此實例或任何其他實例中，負電壓基於一或多個操作條件控制，該等操作條件包括周圍光位準、裝置電池位準、及照相機成像模式。在此實例或任何其他實例中，光電二極體組件係具有複數個像素的影像感測器的特定像素的部件。在此實例或任何其他實例中，影像感測器使用全域快門，使得複數個像素的每一者同時暴露出。在此實例或任何其他實例中，影像感測器係間接飛行時間(TOF)深度照相機的部件，該深度照相機經配置為朝向現實環境發射成像光，接收藉由現實環境中的物件反射的成像光，並且基於接收的成像光輸出現實環境的深度影像。在此實例或任何其他實例中，在第一成像訊框期間，成像光作為複數個成像脈衝發射，第一控制輸入在具有與複數個成像脈衝相同的相位的第一複數個離散控制脈衝中啟動，並且第二控制輸入在具有與第一複數個離散控制脈衝相反的相位的第二複數個離散控制脈衝中啟動。在此實例或任何其他實例中，在第二成像訊框期間，成像光作為複數個成像脈衝發射，第一控制輸入在與第一複數個離散控制脈衝異相90度的第三複數個離散控制脈衝中啟動，並且第二控制脈衝在具有與第三複數個離散控制脈衝相反的相位的第四複數個離散控制脈衝中啟動。在此實例或任何其他實例中，像素控制器經配置為藉由比較在第一及第二成像訊框期間由第一及第二電容器累積的電荷的相對量來在讀出階段期間決定特定像素的深度值。在此實例或任何其他實例中，將影像感測器的複數個像素佈置為複數行，並且其中每行像素的深度值逐行相繼讀出。
在一實例中，一種間接飛行時間(TOF)深度照相機系統包含：光發射器，經配置為朝向現實環境中的物件發射成像光；以及影像感測器，包含複數個像素，經配置為接收藉由真實環境中的物件反射的成像光，複數個像素的每一者包括光電二極體組件，並且每個光電二極體組件包含：光導基板，包括：P摻雜區域，與可控電壓偏壓源耦接；以及N摻雜阱，鄰近P摻雜區域；第一及第二電容器，與N摻雜阱的相應第一及第二側面上的光導基板耦接；第一及第二控制輸入，與光導基板耦接，其中啟動第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第一倍增區域朝向第一電容器流動，並且其中啟動第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第二倍增區域朝向第二電容器流動；以及其中選擇性控制藉由電壓偏壓源提供的電壓改變藉由N摻雜阱的第一及第二倍增區域提供的倍增效應。在此實例或任何其他實例中，藉由電壓偏壓源提供的電壓係反向偏壓光電二極體組件的負電壓。在此實例或任何其他實例中，負電壓在零伏特與光電二極體組件的蓋革模式閾值電壓之間可控的。在此實例或任何其他實例中，將負電壓控制為相對更負的增加藉由第一及第二倍增區域提供的倍增效應。在此實例或任何其他實例中，影像感測器使用全域快門，使得複數個像素的每一者同時暴露出。在此實例或任何其他實例中，深度照相機系統進一步包含邏輯子系統，經配置為基於在影像感測器的複數個像素的每一者處接收的成像光輸出現實環境的深度影像。在此實例或任何其他實例中，深度影像的每個影像像素的深度值基於藉由第一及第二電容器累積的電荷的相對量來決定。
在一實例中，影像感測器的像素包含：光導基板，包括：P摻雜區域，與經配置為提供反向偏壓光電二極體組件的負電壓的可控電壓偏壓源耦接；以及N摻雜阱，鄰近P摻雜區域；第一及第二電容器，與N摻雜阱的相應第一及第二側面上的光導基板耦接；第一及第二控制輸入，與光導基板耦接，其中啟動第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第一倍增區域朝向第一電容器流動，並且啟動第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊光導基板而穿過N摻雜阱的第二倍增區域朝向第二電容器流動；其中選擇性控制藉由可控電壓偏壓源提供的負電壓改變藉由N摻雜阱的第一及第二倍增區域提供的倍增效應；以及像素控制器，經配置為輸出像素的深度值，深度值基於藉由第一及第二電容器累積的電荷的相對量來決定。
將理解，本文描述的配置及/或途徑本質上係示例性的，並且此等具體實施例或實例不認為係限制意義，因為數個變化係可能的。本文描述的具體常式或方法可表示任何數量的處理策略中的一或多者。因此，示出及/或描述的各種動作可以示出及/或描述的序列執行、以其他序列執行、並行執行、或省略。同樣，可改變上文描述的製程的次序。
本揭示案的標的包括本文揭示的各種製程、系統及配置、以及其他特徵、功能、動作、及/或性質的所有新穎及非顯而易見的組合及子組合，以及其任何及全部等效物。
100:深度照相機系統 102:現實環境 104:物件 106:光發射器 108:成像光 110:成像光 112:影像感測器 114A:像素 114B:像素 114C:像素 116:光電二極體組件 118:像素控制器 120:邏輯子系統 200:光導基板 202:P摻雜區域 204:可控電壓源 206:N摻雜阱 208A:第一電容器 208B:第二電容器 210A:第一控制輸入 210B:第二控制輸入 212A:第一倍增區域 212B:第二倍增區域 300:電路圖 400:時序圖 402:曲線 404A:曲線 404B:曲線 406A:曲線 406B:曲線 500:時序圖 502:整合階段 504:讀出階段 600A:深度值 600B:深度值 602:深度影像 700:計算系統 702:邏輯子系統 704:儲存子系統 706:顯示子系統 708:輸入子系統 710:通訊子系統
第1圖示意性圖示了包括具有複數個像素的影像感測器的示例深度照相機。
第2A圖及第2B圖示意性描繪了示例光電二極體組件。
第3圖圖示了第2A圖及第2B圖的光電二極體組件的示例電路圖。
第4圖圖示了到第2A圖及第2B圖的光電二極體組件的控制輸入的時序圖。
第5圖示出了用於讀出影像感測器的像素的時序圖。
第6圖示意性示出了決定影像感測器的像素的深度值。
第7圖示意性圖示了示例計算系統。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:深度照相機系統 102:現實環境 104:物件 106:光發射器 108:成像光 110:成像光 112:影像感測器 114A:像素 114B:像素 114C:像素 116:光電二極體組件 118:像素控制器 120:邏輯子系統

Claims (20)

  1. 一光電二極體組件，包含： 一光導基板，包括： 一P摻雜區域，與一可控電壓偏壓源耦接；以及 一N摻雜阱，鄰近該P摻雜區域； 第一及第二電容器，與該N摻雜阱的相應第一及第二側面上的該光導基板耦接； 第一及第二控制輸入，與該光導基板耦接，其中啟動該第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊該光導基板而穿過該N摻雜阱的一第一倍增區域朝向該第一電容器流動，並且啟動該第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊該光導基板而穿過該N摻雜阱的一第二倍增區域朝向該第二電容器流動；以及 其中選擇性控制藉由該電壓偏壓源提供的一電壓改變藉由該N摻雜阱的該等第一及第二倍增區域提供的一倍增效應。
  2. 如請求項1所述的光電二極體組件，其中藉由該電壓偏壓源提供的該電壓係反向偏壓該光電二極體組件的一負電壓。
  3. 如請求項2所述的光電二極體組件，其中該負電壓係在零伏特與該光電二極體組件的一蓋革模式(Geiger-mode)閾值電壓之間可控的。
  4. 如請求項3所述的光電二極體組件，其中將該負電壓控制為相對更負的增加藉由該等第一及第二倍增區域提供的該倍增效應。
  5. 如請求項4所述的光電二極體組件，其中該負電壓基於一或多個操作條件控制，該等操作條件包括周圍光位準、裝置電池位準、及照相機成像模式。
  6. 如請求項1所述的光電二極體組件，其中該光電二極體組件係具有複數個像素的一影像感測器的一特定像素的一部件。
  7. 如請求項6所述的光電二極體組件，其中該影像感測器使用一全域快門，使得該等複數個像素的每一者同時暴露出。
  8. 如請求項6所述的光電二極體組件，其中該影像感測器係一間接飛行時間(TOF)深度照相機的一部件，該深度照相機經配置為朝向一現實環境發射成像光，接收藉由該現實環境中的多個物件反射的成像光，及基於該接收的成像光輸出該現實環境的一深度影像。
  9. 如請求項8所述的光電二極體組件，其中在一第一成像訊框期間，該成像光作為複數個成像脈衝發射，該第一控制輸入在具有與該等複數個成像脈衝相同的一相位的第一複數個離散控制脈衝中啟動，並且該第二控制輸入在具有與該第一複數個離散控制脈衝相反的一相位的第二複數個離散控制脈衝中啟動。
  10. 如請求項9所述的光電二極體組件，其中在一第二成像訊框期間，該成像光作為該等複數個成像脈衝發射，該第一控制輸入在與該第一複數個離散控制脈衝異相90度的第三複數個離散控制脈衝中啟動，並且該第二控制輸入在具有與該第三複數個離散控制脈衝相反的一相位的第四複數個離散控制脈衝中啟動。
  11. 如請求項10所述的光電二極體組件，其中一像素控制器經配置為藉由比較在該等第一及第二成像訊框期間由該等第一及第二電容器累積的電荷的相對量來在一讀出階段期間決定該特定像素的一深度值。
  12. 如請求項11所述的光電二極體組件，其中將該影像感測器的該等複數個像素佈置為複數行，並且其中每行像素的深度值逐行相繼讀出。
  13. 一種間接飛行時間(TOF)深度照相機系統，包含： 一光發射器，經配置為朝向一現實環境中的多個物件發射成像光；以及 一影像感測器，包含經配置為接收藉由該現實環境中的該等多個物件反射的成像光的複數個像素，該等複數個像素的每一者包括一光電二極體組件，並且每個光電二極體組件包含： 一光導基板，包括： 一P摻雜區域，與一可控電壓偏壓源耦接；以及 一N摻雜阱，鄰近該P摻雜區域； 第一及第二電容器，與該N摻雜阱的相應第一及第二側面上的該光導基板耦接； 第一及第二控制輸入，與該光導基板耦接，其中啟動該第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊該光導基板而穿過該N摻雜阱的一第一倍增區域朝向該第一電容器流動，並且啟動該第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊該光導基板而穿過該N摻雜阱的一第二倍增區域朝向該第二電容器流動；以及 其中選擇性控制藉由該電壓偏壓源提供的一電壓改變藉由該N摻雜阱的該等第一及第二倍增區域提供的一倍增效應。
  14. 如請求項13所述的間接TOF深度照相機系統，其中藉由該電壓偏壓源提供的該電壓係反向偏壓該光電二極體組件的一負電壓。
  15. 如請求項14所述的間接TOF深度照相機系統，其中該負電壓係在零伏特與該光電二極體組件的一蓋革模式(Geiger-mode)閾值電壓之間可控的。
  16. 如請求項15所述的間接TOF深度照相機系統，其中將該負電壓控制為相對更負的增加藉由該等第一及第二倍增區域提供的該倍增效應。
  17. 如請求項13所述的間接TOF深度照相機系統，其中該影像感測器使用一全域快門，使得該等複數個像素的每一者同時暴露出。
  18. 如請求項13所述的間接TOF深度照相機系統，進一步包含一邏輯子系統，經配置為基於在該影像感測器的該等複數個像素的每一者處接收的該成像光輸出該現實環境的一深度影像。
  19. 如請求項18所述的間接TOF深度照相機系統，其中基於藉由該等第一及第二電容器累積的電荷的相對量來決定該深度影像的每個影像像素的深度值。
  20. 一種一影像感測器的像素，包含： 一光導基板，包括： 一P摻雜區域，與經配置為提供反向偏壓該光電二極體組件的一負電壓的一可控電壓偏壓源耦接；以及 一N摻雜阱，鄰近該P摻雜區域； 第一及第二電容器，與該N摻雜阱的相應第一及第二側面上的該光導基板耦接； 第一及第二控制輸入，與該光導基板耦接，其中啟動該第一控制輸入導致電子回應於光子衝擊該光導基板而穿過該N摻雜阱的一第一倍增區域朝向該第一電容器流動，並且啟動該第二控制輸入導致電子回應於光子衝擊該光導基板而穿過該N摻雜阱的一第二倍增區域朝向該第二電容器流動； 其中選擇性控制藉由該可控電壓偏壓源提供的該負電壓改變藉由該N摻雜阱的該等第一及第二倍增區域提供的一倍增效應；以及 一像素控制器，經配置為輸出該像素的一深度值，基於藉由該等第一及第二電容器累積的電荷的相對量來決定該深度值。
TW110145191A 2021-01-11 2021-12-03 光電二極體組件 TWI905331B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/146,199 US11509848B2 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Photodiode assembly
US17/146,199 2021-01-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202230756A TW202230756A (zh) 2022-08-01
TWI905331B true TWI905331B (zh) 2025-11-21

Family

ID=79092979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110145191A TWI905331B (zh) 2021-01-11 2021-12-03 光電二極體組件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11509848B2 (zh)
EP (1) EP4275066A1 (zh)
TW (1) TWI905331B (zh)
WO (1) WO2022150126A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11835628B2 (en) * 2020-11-02 2023-12-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Time-of-flight image sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019203057A1 (en) * 2018-04-20 2019-10-24 Sony Semiconductor Solutions Corporation Light reception device and distance measurement device
US20200185439A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors for distance measurement
US20200319345A1 (en) * 2018-02-23 2020-10-08 Artilux, Inc. Light-sensing apparatus and light-sensing method thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083790A1 (ja) * 2004-02-27 2005-09-09 Texas Instruments Japan Limited 固体撮像装置、ラインセンサ、光センサおよび固体撮像装置の動作方法
DE102009029372A1 (de) * 2009-09-11 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Messvorrichtung zur Messung einer Entfernung zwischen der Messvorrichtung und einem Zielobjekt mit Hilfe optischer Messstrahlung
US11791432B2 (en) * 2013-05-22 2023-10-17 W&Wsens Devices, Inc. Microstructure enhanced absorption photosensitive devices
US10707260B2 (en) * 2015-08-04 2020-07-07 Artilux, Inc. Circuit for operating a multi-gate VIS/IR photodiode
JP6772980B2 (ja) * 2017-07-14 2020-10-21 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用の信号発生回路及び車載用電源装置
US11353555B2 (en) * 2017-11-01 2022-06-07 Luminar, Llc Detector quench circuit for lidar system comprising a discrete transistor to draw a quench current to enable a drop in a reverse bias voltage applied to an avalanche photodiode
AU2018386190A1 (en) * 2017-12-13 2020-06-04 Magic Leap, Inc. Global shutter pixel circuit and method for computer vision applications
US10923523B2 (en) * 2018-04-16 2021-02-16 Facebook Technologies, Llc Multi-photodiode pixel cell
US20190370844A1 (en) * 2018-05-31 2019-12-05 Raadz Inc. System, method, and apparatus for ranking and rewarding users that complete reviews
TWI837280B (zh) * 2019-03-29 2024-04-01 日商索尼半導體解決方案公司 光檢測裝置及電子機器
US11227838B2 (en) * 2019-07-02 2022-01-18 iCometrue Company Ltd. Logic drive based on multichip package comprising standard commodity FPGA IC chip with cooperating or supporting circuits
KR102816753B1 (ko) * 2019-09-03 2025-06-09 삼성전자주식회사 증폭기 및 그것을 포함하는 이미지 센서 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200319345A1 (en) * 2018-02-23 2020-10-08 Artilux, Inc. Light-sensing apparatus and light-sensing method thereof
WO2019203057A1 (en) * 2018-04-20 2019-10-24 Sony Semiconductor Solutions Corporation Light reception device and distance measurement device
US20200185439A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors for distance measurement

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022150126A1 (en) 2022-07-14
US20220224851A1 (en) 2022-07-14
US11509848B2 (en) 2022-11-22
TW202230756A (zh) 2022-08-01
EP4275066A1 (en) 2023-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI801572B (zh) 影像感測器、成像單元及生成灰階影像的方法
EP3722832B1 (en) Laser radar system
TWI825092B (zh) 以多光二極體型像素單元量測入射光強度的設備和方法
CN106165399B (zh) 高分辨率、高帧率、低功率的图像传感器
US20190172868A1 (en) Multi-photodiode pixel cell
KR102007277B1 (ko) 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀 및 이를 포함하는 3차원 이미지 센서
KR20210102329A (ko) 동적으로 프로그래밍 가능한 이미지 센서
TW201916396A (zh) 具有堆疊結構的像素單元
US20140124653A1 (en) Pixel circuit with capacitor discharge indicative of number of events
CN113766159B (zh) 图像感测装置及包括其的拍摄装置
US20210141069A1 (en) Photodetector and portable electronic equipment
JP7711717B2 (ja) 測距装置およびその制御方法、並びに、測距システム
CN110007288A (zh) 图像传感器的像素和直接飞行时间范围测量的方法及系统
WO2022026011A1 (en) Time of flight imaging using long and short-exposure storage nodes
US20250035750A1 (en) Systems, methods, and media for single photon depth imaging with improved efficiency using learned compressive representations
TWI905331B (zh) 光電二極體組件
US11742370B2 (en) Time-of-flight pixel with vertical photogates
US20120133617A1 (en) Application using a single photon avalanche diode (spad)
WO2022083301A1 (zh) 3d图像传感器测距系统及使用该系统进行测距的方法
US12302016B2 (en) Image sensing pixel configurations for reduced sensor noise
US12063342B2 (en) Systems and methods for ground truth generation using single photon avalanche diodes
TWI913359B (zh) 具有永耗盡光二極體的深度影像感測器
US11611689B1 (en) Thermal mitigation of single photon avalanche diode arrays in head-mounted displays
US11914036B2 (en) Pulse width modulated integration for time of flight imaging
KR20260054311A (ko) 이미지 센싱 장치