飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器

摘要

一种飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器，通过光电转换元件接收调制光波以产生电荷；第一电荷存储转移电路至第四电荷存储转移电路分别根据四个电荷调制信号调制调制光波的四个相位对应的电荷以生成四个积分电荷信号，并根据四个控制选择信号将四个积分电荷信号输出；电荷读出电路根据第一积分电荷信号至第四积分电荷信号分别输出第一光电信号至第四光电信号；故采用的单个抽头设计方式，减小了固定噪声，同时减少了所需的晶体管数量，利于飞行时间传感器小型化。

说明书

技术领域

本申请属于传感器领域，尤其涉及一种飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器。

背景技术

飞行时间传感器是一种测距设备的重要部分，能够捕获目标物体的三维(ThreeDimensional，3D)距离信息，获得3D图像；广泛应用在行为分析、监控、汽车自动驾驶、人工智能、机器视觉感知和图像3D增强等领域。随着半导体制造技术的不断进步，飞行时间传感器向着低功耗、高度集成及尺寸更小的技术方向发展；在多个应用领域中，用于采集3D数据的传感器芯片越来越趋于小型化。

飞行时间传感器，采用飞行时间法，测量光脉冲从光源发射端到目标物体反射后，再到传感器接收端的光的旅行时间，从而确定目标物体的距离信息。飞行时间传感器可以采用直接的方法获得光的旅行时间，也可以采用间接的方法获得光的旅行时间，间接方法是指记录光脉冲从发射到接收时间段的相位差，进而计算出光的旅行时间。

飞行时间传感器一般包括光源发射模块和光源感知模块。所述光源发射模块用于发射特定频率的正弦波或脉冲方波；所述光源感知模块，记录光发射到光接收时间段的相位差，进而计算出被测物体的距离信息。

光源感知模块一般包括感光像素模块和光电信号处理系统模块。感光像素，采用间接方法获得时间数据，需要采集正弦连续光波的四个相位信号：0度、90度、180度和270度，进而推算出时间信息。

在现有技术中，感光像素一般采用两抽头、三抽头或四抽头的设计结构，其中，一个电荷读出电路对应一个抽头。每个抽头同时只能采集四个相位信号中的其中一个。像素中的抽头数量越多，所需的晶体管数量越多，为飞行时间传感器小型化发展带来困难；在飞行时间传感器的工艺制作过程，因为制作工艺波动等因素会带来不同抽头之间的晶体管工作特征参数波动，进而引起信号的固定噪声。

发明内容

本申请的目的在于提供一种飞行时间传感器像素电路、结构及飞行时间传感器，旨在解决传统的飞行时间传感器存在的难以小型化和信号的固定噪声较大的缺陷。

本申请实施例提供了一种飞行时间传感器像素电路，包括：

光电转换元件，配置为接收调制光波以产生电荷；所述调制光波由光源发射电路所发送并经目标物体反射至所述光电转换元件；

第一电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第一电荷调制信号调制所述调制光波的第一相位对应的所述电荷，以生成第一积分电荷信号，并根据第一控制选择信号将所述第一积分电荷信号输出；

第二电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第二电荷调制信号调制所述调制光波的第二相位对应的所述电荷，以生成第二积分电荷信号，并根据第二控制选择信号将所述第二积分电荷信号输出；

第三电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第三电荷调制信号调制所述调制光波的第三相位对应的所述电荷，以生成第三积分电荷信号，并根据第三控制选择信号将所述第三积分电荷信号输出；

第四电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为根据第四电荷调制信号调制所述调制光波的第四相位对应的所述电荷，以生成第四积分电荷信号，并根据第四控制选择信号将所述第四积分电荷信号输出；

电荷读出电路，与所述第一电荷存储转移电路的输出端、所述第二电荷存储转移电路的输出端、所述第三电荷存储转移电路的输出端以及所述第四电荷存储转移电路的输出端连接，配置为根据所述第一积分电荷信号输出第一光电信号，以得到第一计算信号，根据所述第二积分电荷信号输出第二光电信号，以得到第二计算信号，并根据所述第三积分电荷信号输出第三光电信号，以得到第三计算信号，根据所述第四积分电荷信号输出第四光电信号，以得到第四计算信号；

其中，基于每个像素单元对应的所述第一计算信号、所述第二计算信号、所述第三计算信号及所述第四计算信号获取飞行时间。

本申请实施例还提供一种上述的飞行时间传感器像素电路的结构，

当所述像素电路包括所述第一电荷调制晶体管、所述第二电荷调制晶体管、所述第三电荷调制晶体管以及所述第四电荷调制晶体管中的至少一者时，所述第一电荷调制晶体管、所述第二电荷调制晶体管、所述第三电荷调制晶体管以及所述第四电荷调制晶体管均包括晶体管调制沟道结构；

所述晶体管调制沟道结构依次包括第一离子掺杂类型沟道区、第二离子掺杂类型沟道区以及第二离子掺杂类型延伸沟道区，其中，各电荷调制晶体管的栅极对应覆盖所述第一离子掺杂类型沟道区和所述第二离子掺杂类型沟道区并显露所述第二离子掺杂类型延伸沟道区，且所述第一离子掺杂类型沟道区对应电荷输入端，所述第二离子掺杂类型延伸沟道区对应积分电荷信号输出端。

本申请实施例还提供一种飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包括上述的飞行时间传感器像素电路；和/或，所述飞行时间传感器包括上述的飞行时间传感器像素电路的结构。

本申请实施例还提供一种上述的飞行时间传感器像素电路的结构的操作方法，所述操作方法包括如下步骤：

对应所述调制光波的四个相位，分别输入四个电荷调制信号，以使四个电荷存储转移电路分别根据所述四个电荷调制信号调制所述调制光波的四个相位对应的所述电荷以生成四个积分电荷信号；

重复至少一个周期后，执行下一步骤；

依次输出四个电荷存储转移电路的积分电荷信号，并根据四个所述电荷存储转移电路的积分电荷信号输出四个光电信号。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于电荷读出电路根据第一积分电荷信号输出第一光电信号，以得到第一计算信号，根据第二积分电荷信号输出第二光电信号，以得到第二计算信号，并根据第三积分电荷信号输出第三光电信号，以得到第三计算信号，根据第四积分电荷信号输出第四光电信号，以得到第四计算信号；故采用的单个抽头设计方式，减小了固定噪声，同时减少了所需的晶体管数量，利于飞行时间传感器小型化；且电荷调制晶体管包括晶体管调制沟道结构，晶体管调制沟道结构包括第一离子掺杂类型沟道区、第二离子掺杂类型沟道区以及第二离子掺杂类型延伸沟道区，其中，各电荷调制晶体管的栅极对应覆盖第一离子掺杂类型沟道区和所述第二离子掺杂类型沟道区并显露第二离子掺杂类型延伸沟道区，且第一离子掺杂类型沟道区对应电荷输入端，第二离子掺杂类型延伸沟道区对应积分电荷信号输出端；故电荷调制晶体管具有的开关电荷存储双重功能，减少了晶体管数量，有利于飞行时间传感器小型化发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的一种结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的另一种结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的一种电路原理示例图；

图4为本申请一实施例提供的飞行时间传感器像素电路的一种版图示例图；

图5为图4所示飞行时间传感器像素电路在暂停收集电荷操作时的势阱示意图；

图6为图4所示飞行时间传感器像素电路在收集电荷操作时的势阱示意图

图7为为图4所示飞行时间传感器像素电路在光电信号读取操作时的势阱示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1示出了本申请较佳实施例提供的飞行时间传感器像素电路中像素单元的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述飞行时间传感器像素电路包括光电转换元件11、第一电荷存储转移电路12、第二电荷存储转移电路13、第三电荷存储转移电路14、第四电荷存储转移电路15以及。

光电转换元件11，配置为接收调制光波以产生电荷；调制光波由光源发射电路所发送并经目标物体反射至光电转换元件11；

第一电荷存储转移电路12，与光电转换元件11连接，配置为根据第一电荷调制信号调制调制光波的第一相位对应的电荷，以生成第一积分电荷信号，并根据第一控制选择信号将第一积分电荷信号输出；

第二电荷存储转移电路13，与光电转换元件11连接，配置为根据第二电荷调制信号调制调制光波的第二相位对应的电荷，以生成第二积分电荷信号，并根据第二控制选择信号将第二积分电荷信号输出；

第三电荷存储转移电路14，与光电转换元件11连接，配置为根据第三电荷调制信号调制调制光波的第三相位对应的电荷，以生成第三积分电荷信号，并根据第三控制选择信号将第三积分电荷信号输出；

第四电荷存储转移电路15，与光电转换元件11连接，配置为根据第四电荷调制信号调制调制光波的第四相位对应的电荷，以生成第四积分电荷信号，并根据第四控制选择信号将第四积分电荷信号输出；

电荷读出电路16，与第一电荷存储转移电路12的输出端、第二电荷存储转移电路13的输出端、第三电荷存储转移电路14的输出端以及第四电荷存储转移电路15的输出端连接，配置为根据第一积分电荷信号输出第一光电信号，以得到第一计算信号，根据第二积分电荷信号输出第二光电信号，以得到第二计算信号，并根据第三积分电荷信号输出第三光电信号，以得到第三计算信号，根据第四积分电荷信号输出第四光电信号，以得到第四计算信号。

其中，基于每个像素单元对应的第一计算信号、第二计算信号、第三计算信号及第四计算信号获取飞行时间。

值得强调的是，在一种实施方式中，第一计算信号、第二计算信号、第三计算信号及第四计算信号基于像素一帧操作获取。

第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位分别为0度、90度、180度以及270度中的其中一个；调制光源周期由四个周期区间构成，各周期区间与第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位一一对应，以得到各相位对应的电荷。

调制光源周期由四个周期区间构成，各周期区间与第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位一一对应，以得到各相位对应的电荷。其中，四个周期区间的大小可以相同，第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位分别位于四个周期区间的中间数值。例如，第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位分别为0度、90度、180度和270度，四个周期区间分别为(-45度，45度)、(45度，135度)、(135度，225度)、(225度，315度)。

值得注意的是，第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位可以依次排列。第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位中每两个相邻的相位之间的相位差为90度。

通过第一相位、第二相位、第三相位以及第四相位中每两个相邻的相位之间的相位差为90度，从而可以得到相位差为90度的四个相位的光电信号，便于时间信息的计算，进而提高了时间信息的计算效率。

第一电荷存储转移电路12的输入端、第二电荷存储转移电路13的输入端、第三电荷存储转移电路14的输入端及第四电荷存储转移电路15的输入端与光电转换元件11的同一端连接。例如，可以是光电二极管的负极。

如图2所示，飞行时间传感器像素电路还包括抗电荷串扰电路17。

抗电荷串扰(Anti-blooming)电路18，与光电转换元件11、第一电荷存储转移电路12、第二电荷存储转移电路13、第三电荷存储转移电路14以及第四电荷存储转移电路15连接。抗电荷串扰电路17至少配置为根据抗电荷串扰控制信号清除光电转换元件11中的电荷。

通过抗电荷串扰电路17，使得每次时间信息测量时清除光电转换元件11中的电荷，提高了时间信息的获取精度。

具体实施中抗电荷串扰控制信号、第一电荷调制信号、第二电荷调制信号、第三电荷调制信号、第四电荷调制信号、第一控制选择信号、第二控制选择信号、第三控制选择信号以及第四控制选择信号可以由控制逻辑输出。

本发明实施例还提供一种上述的飞行时间传感器像素电路的结构的操作方法，其特征在于，控制方法包括步骤101和步骤102。

步骤101：对应调制光波的四个相位，分别输入四个电荷调制信号，以使四个电荷存储转移电路分别根据四个电荷调制信号调制调制光波的四个相位对应的电荷以生成四个积分电荷信号；

步骤101重复至少一个周期后，执行步骤102。

步骤102：依次输出四个电荷存储转移电路的积分电荷信号，并根据四个电荷存储转移电路的积分电荷信号输出四个光电信号。

具体实施中，在一示例中，当所述像素电路包括所述第一电荷调制晶体管、所述第二电荷调制晶体管、所述第三电荷调制晶体管以及所述第四电荷调制晶体管中的至少一者时，步骤101包括步骤1011至步骤1014。

步骤1011：对应调制光波的第一相位，对应第一电荷调制晶体管的栅极输入第一电荷调制信号，第一电荷存储转移电路12根据第一电荷调制信号调制调制光波的第一相位产生的电荷以生成第一积分电压。

步骤1012：对应调制光波的第二相位，对应第二电荷调制晶体管的栅极输入第二电荷调制信号，第二电荷存储转移电路13根据第二电荷调制信号调制调制光波的第二相位产生的电荷以生成第二积分电荷信号。

步骤1013：对应调制光波的第三相位，对应第三电荷调制晶体管的栅极输入第三电荷调制信号，第三电荷存储转移电路14根据第三电荷调制信号调制调制光波的第三相位产生的电荷以生成第三积分电荷信号。

步骤1014：对应调制光波的第四相位，对应第四电荷调制晶体管的栅极输入第四电荷调制信号，第四电荷存储转移电路15根据第四电荷调制信号调制调制光波的第四相位产生的电荷以生成第四积分电荷信号。

具体实施中，在一示例中，当所述像素电路包括所述第一电荷调制晶体管、所述第二电荷调制晶体管、所述第三电荷调制晶体管以及所述第四电荷调制晶体管中的至少一者时，步骤102包括步骤1021至步骤1024。

步骤1021：对应第一电荷调制晶体管的栅极输入第一控制选择信号，第一电荷存储转移电路12根据第一控制选择信号将第一积分电荷信号输出；第一电荷读出电路16根据第一积分电荷信号输出第一光电信号。

步骤1022：对应第二电荷调制晶体管的栅极输入第二控制选择信号，第二电荷存储转移电路13根据第二控制选择信号将第二积分电荷信号输出；第二电荷读出电路16根据第二积分电荷信号输出第二光电信号。

步骤1023：对应第三电荷调制晶体管的栅极输入第三控制选择信号，第三电荷存储转移电路14根据第三控制选择信号将第一积分电荷信号输出；第三电荷读出电路16根据第三积分电荷信号输出第三光电信号。

步骤1024：对应第四电荷调制晶体管的栅极输入第四控制选择信号，第四电荷存储转移电路15根据第四控制选择信号将第四积分电荷信号输出；第四电荷读出电路16根据第四积分电荷信号输出第四光电信号。

作为示例而非限定，步骤101和步骤1021之间还包括步骤1021-1，步骤1021和步骤1022之间还包括步骤1022-1，步骤1022和步骤1023之间还包括步骤1023-1，步骤1023和步骤1024之间还包括步骤1024-1。

步骤1021-1：输入第一复位控制信号，第一电荷读出电路16根据第一复位控制信号输出第一复位信号，以基于第一复位信号及第一光电信号获取第一计算信号。

步骤1022-1：输入第二复位控制信号，第二电荷读出电路16根据第二复位控制信号输出第二复位信号，以基于第二复位信号及第二光电信号获取第二计算信号。

步骤1023-1：输入第三复位控制信号，第三电荷读出电路16根据第三复位控制信号输出第三复位信号，以基于第三复位信号及第三光电信号获取第三计算信号。

步骤1024-1：输入第四复位控制信号，第四电荷读出电路16根据第四复位控制信号输出第四复位信号，以基于第四复位信号及第四光电信号获取第四计算信号。

作为示例而非限定，步骤101之前还包括步骤100。步骤101和步骤102之间还包括步骤101-2。

步骤100：在开始曝光前输入抗电荷串扰控制信号，抗电荷串扰电路17根据抗电荷串扰控制信号清除光电转换元件11中的电荷；停止输入抗电荷串扰控制信号，曝光开始。

步骤101-2：停止曝光，输入抗电荷串扰控制信号，抗电荷串扰电路17根据抗电荷串扰控制信号清除光电转换元件11中的电荷。

通过曝光前和停止曝光后清除光电转换元件11中的电荷，提高了时间信息的获取精度。

具体实施中，第一复位控制信号、第二复位控制信号、，第三复位控制信号、第四复位控制信号、抗电荷串扰控制信号、第一电荷调制信号、第二电荷调制信号、第三电荷调制信号、第四电荷调制信号、第一控制选择信号、第二控制选择信号、第三控制选择信号以及第四控制选择信号可以由控制逻辑输出。

图3示出了本发明实施例提供的飞行时间传感器像素电路的一种示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

第一电荷存储转移电路12包括第一电荷调制晶体管102；

第一电荷调制晶体管102的源极连接至第一电荷存储转移电路12的电荷输入端，第一电荷调制晶体管102的漏极连接至第一电荷存储转移电路12的第一积分电荷信号输出端；

第一电荷调制晶体管102的栅极连接至第一信号控制线，以作为第一电荷暂停收集信号、第一电荷调制信号及第一控制选择信号的输入端；

和/或；

第二电荷存储转移电路13包括第二电荷调制晶体管103；

第二电荷调制晶体管103的源极连接至第二电荷存储转移电路13的电荷输入端，第二电荷调制晶体管103的漏极连接至第二电荷存储转移电路13的第二积分电荷信号输出端；

第二电荷调制晶体管103的栅极连接至第二信号控制线，以作为第二电荷暂停收集信号、第二电荷调制信号及第二控制选择信号的输入端；

和/或；

第三电荷存储转移电路14包括第三电荷调制晶体管104；

第三电荷调制晶体管104的源极连接至第三电荷存储转移电路14的电荷输入端，第三电荷调制晶体管104的漏极连接至第三电荷存储转移电路14的第三积分电荷信号输出端；

第三电荷调制晶体管104的栅极连接至第三信号控制线，以作为第三电荷暂停收集信号、第三电荷调制信号及第三控制选择信号的输入端；

和/或；

第四电荷存储转移电路15包括第四电荷调制晶体管105；

第四电荷调制晶体管105的源极连接至第四电荷存储转移电路15的电荷输入端，第四电荷调制晶体管105的漏极连接至第四电荷存储转移电路15的第四积分电荷信号输出端；

第四电荷调制晶体管105的栅极连接至第四信号控制线，以作为第四电荷暂停收集信号、第四电荷调制信号及第四控制选择信号的输入端。

电荷调制晶体管具有的开关电荷存储双重功能，减少了晶体管数量，有利于飞行时间传感器小型化发展。

电荷读出电路16包括复位晶体管106、源跟随晶体管107及像素选择晶体管108。

复位晶体管106的漏极连接于第一电源，源跟随晶体管107的漏极连接于第二电源，第一电源与第二电源相同或不同，复位晶体管106的源极以及源跟随晶体管107的栅极共同连接至漂浮扩散有源区，以作为积分电荷信号输入端，源跟随晶体管107的源极与像素选择晶体管108的漏极连接，像素选择晶体管108的源极连接至光电信号输出端。

复位晶体管106的栅极连接至复位控制线，以作为电荷读出电路16的第一复位控制信号输入端、电荷读出电路16的第二复位控制信号输入端、电荷读出电路16的第三复位控制信号输入端和电荷读出电路16的第四复位控制信号输入端。

抗电荷串扰电路17包括抗电荷串扰晶体管109。

抗电荷串扰晶体管109的源极接于光电转换元件11的输出端，抗电荷串扰晶体管109的漏极接于控制电源，抗电荷串扰晶体管109的栅极接入抗电荷串扰控制信号。

光电转换元件101包含但不限于掩埋型光电二极管(Pinned Photodiode)、多晶硅栅型光电二极管(Photogate Photodiode)、电流辅助型光电器件(Current AssistancePhotodiode)。

图4示出了本发明实施例提供的飞行时间传感器像素电路的一种示例结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

当像素电路包括第一电荷调制晶体管、第二电荷调制晶体管、第三电荷调制晶体管以及第四电荷调制晶体管中的至少一者时，第一电荷调制晶体管、第二电荷调制晶体管、第三电荷调制晶体管以及第四电荷调制晶体管均包括晶体管调制沟道结构；晶体管调制沟道结构依次包括第一离子掺杂类型沟道区202、第二离子掺杂类型沟道区203a以及第二离子掺杂类型延伸沟道区203b，其中，各电荷调制晶体管的栅极201对应覆盖第一离子掺杂类型沟道区202和第二离子掺杂类型沟道区203a并显露第二离子掺杂类型延伸沟道区203b，且第一离子掺杂类型沟道区202对应电荷输入端，第二离子掺杂类型延伸沟道区203b对应积分电荷信号输出端。

值得注意的是，所述像素电路的结构包括第一离子掺杂类型外延层P-epi及第一离子掺杂类型阱区205，其中，光电转换元件101、第一离子掺杂类型沟道区202以及第一离子掺杂类型阱区205位于第一离子掺杂类型外延层P-epi中，且第二离子掺杂类型沟道区203a以及第二离子掺杂类型延伸沟道区203b位于第一离子掺杂类型阱区205。

作为示例而限定，第一离子掺杂类型为P型，第二离子掺杂类型为N型。

具体实施中，所述光电转换元件包括N型区206及位于所述N型区上方的P型功能层207，所述第一离子掺杂类型沟道区202与所述P型功能层207相连接，所述第二离子掺杂类型延伸沟道区203b与漂浮扩散有源区204连接；所述漂浮扩散有源区204位于所述P型阱(第一离子掺杂类型阱区205)中。

下面结合图4说明飞行时间传感器像素电路的工作原理：

本发明的飞行时间传感器像素电路采集光电信号过程有三种操作：暂停收集电荷操作、收集电荷操作和光电信号读取操作，具体操作阐述如下：

飞行时间传感器像素电路暂停收集电荷操作的过程描述如下：图5所示为图4所示飞行时间传感器像素电路在暂停收集电荷操作时的势阱示意图。图4中，第一电荷调制晶体管102的栅极端SG1、第二电荷调制晶体管103的栅极端SG2、第三电荷调制晶体管104的栅极端SG3或第四电荷调制晶体管105的栅极端SG4配置为低电压(电压值大于0V并小于等于Vdd/2，其中Vdd为第一电源的电压)，电势轴向下方向为高电势方向，0V为第一离子掺杂类型外延层P-epi的电势(与电源地连接)，V1a为第一离子掺杂类型沟道区202的最高电势，Vpin为光电转换元件101的N型区206的完全耗尽电势，V3为第二离子掺杂类型延伸沟道区203b的完全耗尽电势，203a作为光电电荷存储区，V2a为第二离子掺杂类型沟道区203a的最高电势，Vrst为漂浮扩散有源区FD(N+区)的复位电势。上述各电势值关系为：

0V

因为第一离子掺杂类型沟道区202的最高电势V1a小于Vpin和V2a，第一离子掺杂类型沟道区202在光电转换元件101的N型区206与第二离子掺杂类型沟道区203a之间形成势垒光电转换元件101的N型区206中产生的光电电荷不会流入到第二离子掺杂类型沟道区203a中；因为第二离子掺杂类型延伸沟道区203区的电势V3小于V2a和Vrst，在第二离子掺杂类型沟道区203a与漂浮扩散有源区FD(N+区)204之间形成势垒，在第二离子掺杂类型沟道区203a与漂浮扩散有源区FD(N+区)204的电荷不会相互流动。此状态下，电荷调制晶体管处于关闭状态，为暂停收集电荷的操作过程。

飞行时间传感器像素电路收集电荷操作过程如下：如图6所示为图4所示飞行时间传感器像素电路在收集电荷操作时的势阱示意图。图5中，第一电荷调制晶体管102的栅极端SG1、第二电荷调制晶体管103的栅极端SG2、第三电荷调制晶体管104的栅极端SG3或第四电荷调制晶体管105的栅极端SG4配置为高电压(电压值大于Vdd/2并小于等于Vdd)，电势轴向下方向为高电势方向；因为电荷调制晶体管的栅极端配置电压升高，第一离子掺杂类型沟道区202的最高电势升高为V1b，第二离子掺杂类型沟道区203a作为电荷存储区，第二离子掺杂类型沟道区203a的最高电势升高为V2b。上述各电势值关系为：

0V

或

0V

因为第一离子掺杂类型沟道区202的最高电势V1b大于Vpin，在光电转换元件101的N型区206与第二离子掺杂类型沟道区203a之间不形成势垒，光电转换元件101的N型区206中产生的光电电荷会流入到第二离子掺杂类型沟道区203a中；因为第二离子掺杂类型延伸沟道区203b的电势V3小于V2b和Vrst，在第二离子掺杂类型沟道区203a与漂浮扩散有源区FD(N+区)204之间形成势垒，在第二离子掺杂类型沟道区203a与漂浮扩散有源区FD(N+区)204的电荷不会相互流动。此状态下，电荷调制晶体管处于开启状态，为收集电荷的操作过程。

飞行时间传感器像素电路的光电信号读取操作过程描述如下：如图7所示为图4所示飞行时间传感器像素电路在光电信号读取操作时的势阱示意图。图7中，第一电荷调制晶体管102的栅极端SG1、第二电荷调制晶体管103的栅极端SG2、第三电荷调制晶体管104的栅极端SG3或第四电荷调制晶体管105的栅极端SG4配置为负电压(电压值小于0V)，电势轴向下方向为高电势方向；因为电荷调制晶体管的栅极端配置为负电压，第一离子掺杂类型沟道区202的最高电势降低为V1c，第二离子掺杂类型沟道区203a作为光电电荷存储区，第二离子掺杂类型沟道区203a的最高电势降低为V2b。上述各电势值关系为：

V1c<0V

或

V1c<0V

因为第一离子掺杂类型沟道区202的最高电势V1c小于Vpin，在光电转换元件101的N型区206与第二离子掺杂类型沟道区203a之间形成势垒，光电转换元件101的N型区206中产生的电荷不会流入到第二离子掺杂类型沟道区203a中；因为第二离子掺杂类型延伸沟道区203b的电势V3大于V2c，在第二离子掺杂类型沟道区203a与漂浮扩散有源区FD(N+区)204之间不形成势垒，第二离子掺杂类型沟道区203a中的电荷流入到漂浮扩散有源区FD(N+区)204中。随后，源跟随晶体管107读取漂浮扩散有源区FD(N+区)204中的电荷信号，通过信号输出线output输出光电信号。此过程为光电信号的读取操作过程。

其中，对于图5至图7可以理解202和203a对应的电势根据第一电荷调制晶体管102的栅极端SG1、第二电荷调制晶体管103的栅极端SG2、第三电荷调制晶体管104的栅极端SG3或第四电荷调制晶体管105的栅极端SG4配置的电压发生同等幅度的变化。

本申请实施例还提供一种飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包括上述的飞行时间传感器像素电路；和/或，所述飞行时间传感器包括上述的飞行时间传感器像素电路结构。

本发明实施例通过光电转换元件接收调制光波以产生电荷；第一电荷存储转移电路至第四电荷存储转移电路分别根据四个电荷调制信号调制调制光波的四个相位对应的电荷以生成四个积分电荷信号，并根据四个控制选择信号将四个积分电荷信号输出；电荷读出电路根据第一积分电荷信号至第四积分电荷信号分别输出第一光电信号至第四光电信号；故采用的单个抽头设计方式，减小了固定噪声，同时减少了所需的晶体管数量，利于飞行时间传感器小型化。且电荷调制晶体管包括晶体管调制沟道结构，晶体管调制沟道结构包括第一离子掺杂类型沟道区、第二离子掺杂类型沟道区以及第二离子掺杂类型延伸沟道区，其中，各电荷调制晶体管的栅极对应覆盖第一离子掺杂类型沟道区和所述第二离子掺杂类型沟道区并显露第二离子掺杂类型延伸沟道区，且第一离子掺杂类型沟道区对应电荷输入端，第二离子掺杂类型延伸沟道区对应积分电荷信号输出端；故电荷调制晶体管具有的开关电荷存储双重功能，减少了晶体管数量，有利于飞行时间传感器小型化发展。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。