This article presents a 320 $\times $ 240 indirect time-of-flight (iToF) CMOS image sensor (CIS) with on-chip motion artifact suppression and background light cancelling (BGLC). The proposed iToF CIS uses a backside-illuminated trident pinned photodiode (PPD) that assists charge transfer with a built-in lateral electric field for enhanced depth accuracy. To overcome the limitation of the conventional iToF CIS that exhibits motion artifact, we propose a pseudo-four-tap (P4-tap) demodulation method with alternate phase driving using a conventional two-tap pixel structure with a high fill factor of over 43%. In addition, by combining the advantages of both the P4-tap and conventional two-tap demodulation schemes, we propose hybrid depth imaging with reduced motion artifact for moving objects, while providing high-depth precision for the static background. For outdoor mobile applications of the iToF CIS, we integrated on-chip BGLC circuits to eliminate the BGL-induced depth error. A prototype chip is fabricated using a 90-nm backside illumination (BSI) CIS process. The BSI trident PPD enabled a low depth error of under 0.54% over the range of 0.75–4 m, with a modulation frequency of 100 MHz. Motion artifact was suppressed at 60 frames/s of hybrid depth imaging owing to the proposed P4-tap scheme. With the on-chip BGLC circuit, the experimental results demonstrate a 0.55% depth error at a 1-m distance, even under 120-klx BGL illumination.

中文翻译：

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具有片上背景光消除和用于运动伪影抑制的伪四次/两次混合成像的间接飞行时间 CMOS 图像传感器

本文介绍了一款 320 美元/240 美元的间接飞行时间 (iToF) CMOS 图像传感器 (CIS)，具有片上运动伪影抑制和背景光消除 (BGLC)。提议的 iToF CIS 使用背照式三叉钉钉扎光电二极管 (PPD)，通过内置横向电场辅助电荷转移，以提高深度精度。为了克服显示运动伪影的传统 iToF CIS 的局限性，我们提出了一种伪四抽头 (P4-tap) 解调方法，该方法使用具有超过 43% 的高填充因子的传统两抽头像素结构进行交替相位驱动. 此外，通过结合 P4-tap 和传统的 2-tap 解调方案的优点，我们提出了混合深度成像，减少了运动物体的运动伪影，同时为静态背景提供高深度精度。对于 iToF CIS 的户外移动应用，我们集成了片上 BGLC 电路以消除 BGL 引起的深度误差。原型芯片是使用 90 纳米背面照明 (BSI) CIS 工艺制造的。BSI 三叉戟 PPD 在 0.75-4 m 范围内实现了低于 0.54% 的低深度误差，调制频率为 100 MHz。由于提出的 P4-tap 方案，运动伪影在 60 帧/秒的混合深度成像中被抑制。使用片上 BGLC 电路，实验结果表明，即使在 120klx BGL 照明下，1 米距离处的深度误差也为 0.55%。原型芯片是使用 90 纳米背面照明 (BSI) CIS 工艺制造的。BSI 三叉戟 PPD 在 0.75-4 m 范围内实现了低于 0.54% 的低深度误差，调制频率为 100 MHz。由于提出的 P4-tap 方案，运动伪影在 60 帧/秒的混合深度成像中被抑制。使用片上 BGLC 电路，实验结果表明，即使在 120klx BGL 照明下，1 米距离处的深度误差也为 0.55%。原型芯片是使用 90 纳米背面照明 (BSI) CIS 工艺制造的。BSI 三叉戟 PPD 在 0.75-4 m 范围内实现了低于 0.54% 的低深度误差，调制频率为 100 MHz。由于提出的 P4-tap 方案，运动伪影在 60 帧/秒的混合深度成像中被抑制。使用片上 BGLC 电路，实验结果表明，即使在 120klx BGL 照明下，1 米距离处的深度误差也为 0.55%。