JSSC 2024第2期Memory

A 134 132 4-Tap CMOS Indirect Time-of-Flight Range Imager Using In-Pixel Memory

本文介绍了一种高速4抽头间接飞行时间CMOS成像器，具有高精度和高速深度成像能力。

22.4 H × 16V µm像素尺寸，134 H × 132V 4抽头像素阵列，<1.82%深度噪声（高速模式），<1.77%深度噪声（高精度模式）

间接飞行时间CMOS成像器高速成像深度噪声像素内存储器

▸创新点1：高速电荷调制器（电路创新） - 该设计采用高速电荷调制器技术，实现了高达10 Kfps的快速成像能力，显著提升了间接飞行时间（iToF）传感器的响应速度，适用于快速运动物体的3D成像。

▸创新点2：像素内存储器阵列（系统创新） - 通过在像素内集成存储器阵列，实现了多帧数据的实时存储和处理，支持8个记录帧的子帧操作，有效降低了深度噪声（<1.82%），提升了成像精度。

▸创新点3：子帧飞行时间操作（方法创新） - 采用子帧ToF操作技术，结合高速和高精度模式切换，实现了从0.3米到5.4米范围的动态深度测量，并在高精度模式下达到<1.77%的深度噪声。

▸创新点4：多模式操作（系统创新） - 传感器支持高速（HS）模式和高精度（HP）模式的双重操作，分别针对快速运动和高精度深度测量需求，展现了灵活的应用场景适应性。

Abstract

This article presents a prototype 4-tap indirect time-of-flight (iToF) CMOS imager with high-speed (HS) range imaging capacity. The sensor features an HS charge modulator, in-pixel memory array, and sub-frame ToF operation, enabling up to 10 Kfps range imaging with eight recording frames and <1.82% depth noise for 0.3–1.4 m range under HS mode. This sensor also operates in high-precision (HP) mode, achieving <1.77% depth noise for the 0.4–5.4 m range at 90 frames/s by averaging the subframe sign