本發(fā)明涉及圖像傳感器。特定來說，本發(fā)明的實(shí)施例涉及三維圖像傳感器。

背景技術(shù)：
隨著三維(3D)應(yīng)用的普及性在例如成像、電影、游戲、計(jì)算機(jī)、用戶接口及類似物等的應(yīng)用中繼續(xù)增長，對(duì)3D相機(jī)的興趣正在增加。產(chǎn)生3D圖像的典型無源方式為使用多個(gè)相機(jī)捕獲立體圖像或多個(gè)圖像。使用立體圖像，可將所述圖像中的物體分成三角形以產(chǎn)生3D圖像。此三角測量(triangulation)技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)為難以使用小裝置產(chǎn)生3D圖像，這是因?yàn)樵诿恳幌鄼C(jī)之間必須存在最小分隔距離以便產(chǎn)生三維圖像。此外，此技術(shù)是復(fù)雜的且因此需要顯著的計(jì)算機(jī)處理能力以便實(shí)時(shí)產(chǎn)生3D圖像。對(duì)于需要實(shí)時(shí)獲取3D圖像的應(yīng)用，有時(shí)利用基于光學(xué)飛行時(shí)間測量的有源深度成像系統(tǒng)。飛行時(shí)間系統(tǒng)通常采用：光源，其將光引導(dǎo)于物體處；傳感器，其引導(dǎo)從所述物體反射的光；以及處理單元，其基于光行進(jìn)到物體并從所述物體返回的往返時(shí)間來計(jì)算到所述物體的距離。在典型的飛行時(shí)間傳感器中，由于從光檢測區(qū)域到感測節(jié)點(diǎn)的高轉(zhuǎn)移效率而經(jīng)常使用光電二極管。將單獨(dú)電路耦合到每一像素單元中的光電二極管以檢測及測量從物體反射的光。然而，使用飛行時(shí)間系統(tǒng)獲取3D圖像的持續(xù)挑戰(zhàn)為存在耦合到每一像素單元中的光電二極管的單獨(dú)電路中的逐像素變動(dòng)。舉例來說，在跨越飛行時(shí)間傳感器的像素單元電流鏡輸出之間存在歸因于可能發(fā)生在所述傳感器中的逐像素變動(dòng)的大約5％的差是尋常的。電流鏡輸出的這些逐像素變動(dòng)因此降低了飛行時(shí)間傳感器的準(zhǔn)確性及可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
在一個(gè)方面中，本發(fā)明申請(qǐng)案涉及一種用于與飛行時(shí)間像素單元一起使用的可編程電流源。用于與飛行時(shí)間像素單元一起使用的所述可編程電流源包括：第一晶體管，其具有柵極端子、源極端子及漏極端子，其中通過所述第一晶體管的電流響應(yīng)于所述第一晶體管的柵極-源極電壓；電流控制電路，其耦合到所述第一晶體管且耦合到參考電流源，其中所述電流控制電路經(jīng)耦合以在取樣操作期間通過所述第一晶體管選擇性地耦合所述參考電流源的參考電流；及取樣及保持電路，其耦合到所述第一晶體管，其中所述取樣及保持電路經(jīng)耦合以在所述取樣操作期間取樣所述第一晶體管的柵極-源極電壓，其中所述取樣及保持電路經(jīng)耦合以保持所述取樣操作之后的保持操作期間的所述柵極-源極電壓實(shí)質(zhì)上等于所述取樣操作期間的所述柵極-源極電壓，其中所述保持操作期間通過所述第一晶體管的保持電流實(shí)質(zhì)上等于所述參考電流。在另一方面中，本申請(qǐng)案涉及一種飛行時(shí)間像素單元。所述飛行時(shí)間像素單元包括：光傳感器，其用于感測從物體反射的光子；及像素支持電路，其包含：時(shí)序控制邏輯，其耦合到所述光傳感器以檢測所述光傳感器何時(shí)感測到從所述物體反射的所述光子，其中所述時(shí)序控制邏輯進(jìn)一步經(jīng)耦合以接收表示光脈沖何時(shí)從光源發(fā)射到所述物體的時(shí)序信號(hào)，其中所述時(shí)序控制邏輯經(jīng)耦合以產(chǎn)生表示所述飛行時(shí)間像素單元的飛行時(shí)間測量操作的飛行時(shí)間信號(hào)；可編程電流源，其耦合到所述時(shí)序控制邏輯以響應(yīng)于經(jīng)耦合以從所述時(shí)序控制邏輯接收的所述飛行時(shí)間信號(hào)而提供保持電流，其中所述可編程電流源包含：第一晶體管，其具有柵極端子、源極端子及漏極端子，其中通過所述第一晶體管的電流響應(yīng)于所述第一晶體管的柵極-源極電壓；電流控制電路，其耦合到所述第一晶體管且耦合到參考電流源，其中所述電流控制電路經(jīng)耦合以在取樣操作期間通過所述第一晶體管選擇性地耦合所述參考電流源的參考電流；及取樣及保持電路，其耦合到所述第一晶體管，其中所述取樣及保持電路在所述取樣操作期間經(jīng)耦合以取樣所述第一晶體管的柵極-源極電壓，其中所述取樣及保持電路經(jīng)耦合以保持所述取樣操作之后的保持操作期間的所述柵極-源極電壓實(shí)質(zhì)上等于所述取樣操作期間的所述柵極-源極電壓，其中所述保持操作期間通過所述第一晶體管的保持電流實(shí)質(zhì)上等于所述參考電流；及飛行時(shí)間電容器，其耦合到所述電流控制電路以響應(yīng)于所述飛行時(shí)間信號(hào)而由所述保持電流選擇性地充電，其中所述飛行時(shí)間電容器上的電壓表示到所述物體的往返距離。在另一方面中，本申請(qǐng)案涉及一種飛行時(shí)間感測系統(tǒng)。所述飛行時(shí)間感測系統(tǒng)包括：光源，其用于將光脈沖發(fā)射到物體；參考電流源，其具有參考電流；飛行時(shí)間像素陣列，其具有多個(gè)飛行時(shí)間像素單元，其中所述飛行時(shí)間像素單元中的每一者包括：光傳感器，其用于感測從所述物體反射的光子；時(shí)序控制邏輯，其耦合到所述光傳感器以檢測所述光傳感器何時(shí)感測到從所述物體反射的所述光子，其中所述時(shí)序控制邏輯進(jìn)一步經(jīng)耦合以接收表示光脈沖何時(shí)從所述光源發(fā)射到所述物體的時(shí)序信號(hào)，其中所述時(shí)序控制邏輯經(jīng)耦合以產(chǎn)生表示所述飛行時(shí)間像素陣列的飛行時(shí)間測量操作的飛行時(shí)間信號(hào)；可編程電流源，其耦合到所述時(shí)序控制邏輯以響應(yīng)于經(jīng)耦合以從所述時(shí)序控制邏輯接收的所述飛行時(shí)間信號(hào)而提供保持電流，其中所述可編程電流源包含：第一晶體管，其具有柵極端子、源極端子及漏極端子，其中通過所述第一晶體管的電流響應(yīng)于所述第一晶體管的柵極-源極電壓；電流控制電路，其耦合到所述第一晶體管且耦合到所述參考電流源，其中所述電流控制電路經(jīng)耦合以在取樣操作期間通過所述第一晶體管選擇性地耦合所述參考電流源的所述參考電流；及取樣及保持電路，其耦合到所述第一晶體管，其中所述取樣及保持電路經(jīng)耦合以在所述取樣操作期間取樣所述第一晶體管的柵極-源極電壓，其中所述取樣及保持電路經(jīng)耦合以保持所述取樣操作之后的保持操作期間的所述柵極-源極電壓實(shí)質(zhì)上等于所述取樣操作期間的所述柵極-源極電壓，其中所述保持操作期間通過所述第一晶體管的保持電流實(shí)質(zhì)上等于所述參考電流；飛行時(shí)間電容器，其耦合到所述電流控制電路以響應(yīng)于所述飛行時(shí)間信號(hào)而由所述保持電流選擇性地充電，其中所述飛行時(shí)間電容器上的電壓表示到所述物體的往返距離；控制電路，其耦合到所述光源且耦合到所述飛行時(shí)間像素陣列以使所述光脈沖的所述發(fā)射與從所述物體反射的所述光子的所述感測的時(shí)序同步。附圖說明參考以下圖式描述本發(fā)明的非限制性及非詳盡實(shí)施例，其中除非另有指示否則相同參考數(shù)字在各種視圖中指代相同部件。圖1為展示根據(jù)本發(fā)明的教示的飛行時(shí)間感測系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的框圖。圖2為展示根據(jù)本發(fā)明的教示的在像素裸片以堆疊芯片方案耦合到專用集成電路(ASIC)裸片的情況下實(shí)施的飛行時(shí)間感測系統(tǒng)的橫截面的實(shí)例的框圖。圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的飛行時(shí)間像素的一個(gè)實(shí)例的示意圖。圖4為展示根據(jù)本發(fā)明的教示的經(jīng)發(fā)射的光脈沖、由光傳感器感測到的相應(yīng)經(jīng)反射光子、表示從物體反射的光子的飛行時(shí)間信號(hào)及積累在實(shí)例飛行時(shí)間像素中的電容器上的對(duì)應(yīng)電壓的時(shí)序圖。圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含在耦合到單個(gè)參考電流源的多個(gè)飛行時(shí)間像素單元中的可編程電流源的實(shí)例的示意圖。圖6為展示根據(jù)本發(fā)明的教示的包含具有對(duì)應(yīng)讀出電路、控制電路及功能邏輯的飛行時(shí)間像素陣列的實(shí)例飛行時(shí)間感測系統(tǒng)的一部分的框圖。對(duì)應(yīng)的參考字符貫穿圖式的若干視圖指示對(duì)應(yīng)組件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，圖中的元件是出于簡化及清楚目的而說明且不一定是按比例繪制。舉例來說，圖中的元件中的一些的尺寸可能相對(duì)于其它元件被夸大以幫助改善對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解。并且，通常未描繪在可商用實(shí)施例中有用且有必要的常見而容易理解的元件以促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的這些各種實(shí)施例的較不受妨礙的檢視。具體實(shí)施方式揭示用于在3D飛行時(shí)間傳感器的飛行時(shí)間像素單元中使用單個(gè)參考電流源對(duì)電流源進(jìn)行編程的方法及設(shè)備。在以下描述中，陳述許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中描述的技術(shù)可在沒有所述具體細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下實(shí)踐或以其它方法、組件或材料等等實(shí)踐。在其它情況中，未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免模糊某些方面。貫穿本說明書的對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的參考表示結(jié)合所述實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”在貫穿本說明書的各種地方的出現(xiàn)不一定全都指代同一實(shí)施例。此外，在一或多個(gè)實(shí)施例中，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適方式組合。貫穿本說明書使用若干技術(shù)術(shù)語。這些術(shù)語具有其所來自的技術(shù)領(lǐng)域中的其一般含義，除非本文中明確定義或其使用的上下文另外清楚指示。舉例來說，術(shù)語“或”以包含性意義(例如，如以“及/或”)使用，除非上下文另外清楚指示。如將展示，揭示包含飛行時(shí)間像素單元的飛行時(shí)間感測系統(tǒng)的實(shí)例。在各種實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示的飛行時(shí)間像素單元包含使用同一單個(gè)電流參考源進(jìn)行編程的可編程電流源。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，包含在每一飛行時(shí)間像素單元中的像素支持電路中的個(gè)別電流源中的每一者為每一像素單元提供實(shí)質(zhì)上相等的電流，即使存在可能在跨越整個(gè)飛行時(shí)間像素單元陣列的匹配晶體管之間發(fā)生的逐像素變動(dòng)也如此。為進(jìn)行說明，圖1為展示根據(jù)本發(fā)明的教示的飛行時(shí)間感測系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)例的框圖。如所展示，飛行時(shí)間感測系統(tǒng)100包含光源102，光源102發(fā)射光脈沖，所述光脈沖在圖1中說明為經(jīng)發(fā)射光104。如所展示，經(jīng)發(fā)射光104被引導(dǎo)到物體106。在一個(gè)實(shí)例中，經(jīng)發(fā)射光104包含紅外(IR)光的脈沖。應(yīng)了解，在其它實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，經(jīng)發(fā)射光104可具有不同于紅外線的波長，例如可見光、近紅外光等等。接著，經(jīng)發(fā)射光104被從物體106反射回，其在圖1中展示為往回反射光108。如所展示，從物體106引導(dǎo)經(jīng)反射光108通過透鏡110且接著將經(jīng)反射光108聚焦到飛行時(shí)間像素陣列112上。在一個(gè)實(shí)例中，飛行時(shí)間像素陣列112包含布置成二維陣列的多個(gè)飛行時(shí)間像素單元。根據(jù)本發(fā)明的教示，由耦合到飛行時(shí)間像素陣列112的控制電路116產(chǎn)生同步信號(hào)114，同步信號(hào)114使經(jīng)發(fā)射光104的脈沖與控制飛行時(shí)間像素陣列112中的多個(gè)像素單元的對(duì)應(yīng)信號(hào)同步，所述多個(gè)像素單元感測經(jīng)反射光108。在圖1中描繪的實(shí)例中，應(yīng)注意，飛行時(shí)間像素陣列112定位成與透鏡110相距焦距flens。如實(shí)例中所展示，光源102及透鏡110定位成與物體相距距離L。在一個(gè)實(shí)例中，應(yīng)注意，透鏡110可使用集成到飛行時(shí)間像素陣列112中的多個(gè)微透鏡來實(shí)施。應(yīng)了解，當(dāng)然，圖1不是按比例說明且在一個(gè)實(shí)例中，焦距flens實(shí)質(zhì)上小于透鏡110與物體106之間的距離L。因此，應(yīng)了解，出于本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的教示，距離L與距離L+焦距flens是實(shí)質(zhì)上相等的以用于飛行時(shí)間測量目的。此外，還應(yīng)了解，出于本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的教示，光源102與物體106之間的距離及物體106與透鏡110之間的距離兩者也實(shí)質(zhì)上等于L以用于飛行時(shí)間測量目的。因此，光源102與物體106之間的距離(及/或物體106與透鏡110之間的距離)等于往返距離(例如，D)的一半，所述往返距離因此等于2×L。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的教示，假設(shè)從光源102到物體106的距離L加上從物體106返回到透鏡110的距離L等...