本發(fā)明大體來說涉及圖像傳感器操作，且特定來說(但非排他性地)涉及圖像傳感器中的顏色校正。

背景技術：

圖像傳感器已變得普遍存在。其廣泛用于數(shù)字靜態(tài)相機、蜂窩式電話、安全攝像機以及醫(yī)學、汽車及其它應用中。用于制造圖像傳感器的技術一直持續(xù)快速地發(fā)展。舉例來說，對較高分辨率及較低電力消耗的需求已促進了這些裝置的進一步小型化及集成。

在現(xiàn)代圖像傳感器中，顏色成像通常是通過在圖像傳感器裝置的表面上制作彩色濾光片層而完成。彩色濾光片層通常使用經(jīng)布置成圖案的紅色、綠色及藍色濾光片，所述濾光片允許使用顏色重建(demosaicing)算法來內(nèi)插缺失的顏色信號。此技術允許顏色圖像的重建，從而對最終圖像產(chǎn)生極少失真。

然而，盡管彩色成像已有所發(fā)展，但圖像傳感器仍可出于多種原因產(chǎn)生不完美的顏色信號。舉例來說，光串擾(即，到達打算接收另一光顏色的光電二極管的錯誤光顏色)可致使一些顏色被人為地加強。電串擾(即，在兩個單獨像素之間流動的電子)可導致圖像噪聲。

技術實現(xiàn)要素：

在一個方面中，本申請案涉及一種圖像傳感器。所述圖像傳感器包括：多個光電二極管，其安置于半導體材料中以響應于經(jīng)引導到所述多個光電二極管中的入射光而積累圖像電荷；多個轉移晶體管，其中所述多個轉移晶體管中的個別轉移晶體管耦合到所述多個光電二極管中的個別光電二極管；及浮動擴散部，其安置于所述半導體材料中，其中所述浮動擴散部耦合到所述多個轉移晶體管以從所述多個光電二極管接收所述圖像電荷，且其中所述浮動擴散部經(jīng)耦合以接收預設電壓，且所述預設電壓實質上等于暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓。

在另一方面中，本申請案涉及一種成像系統(tǒng)。所述成像系統(tǒng)包括：多個光電二極管；多個轉移晶體管，其中所述多個轉移晶體管中的個別轉移晶體管耦合到所述多個光電二極管中的個別光電二極管；浮動擴散部，其耦合到所述多個轉移晶體管以從所述多個光電二極管接收圖像電荷，且其中所述浮動擴散部經(jīng)耦合以接收預設電壓且所述預設電壓實質上等于暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓，且其中所述浮動擴散部經(jīng)耦合以在從所述多個光電二極管中的第一光電二極管讀出所述圖像電荷之前接收所述預設電壓；及預設電壓地址解碼器，其經(jīng)耦合以將所述預設電壓供應到所述浮動擴散部。

在又一方面中，本申請案涉及一種圖像傳感器操作的方法。所述方法包括：將預設電壓施加到浮動擴散部，其中所述預設電壓實質上等于暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓；響應于入射光而在多個光電二極管中產(chǎn)生圖像電荷；及經(jīng)由耦合到所述多個光電二極管的個別轉移晶體管而將所述圖像電荷從所述多個光電二極管轉移到所述浮動擴散部，其中所述轉移晶體管響應于轉移信號而將所述圖像電荷從所述多個光電二極管依序轉移到所述浮動擴散部，且其中所述將所述預設電壓施加到所述浮動擴散部發(fā)生在從所述多個光電二極管轉移所述圖像電荷之前。

附圖說明

參考以下各圖來描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實例，其中除非另有規(guī)定，否則貫穿各種視圖，相似參考編號是指相似零件。

圖1a是圖解說明顏色通道不匹配的效果的圖。

圖1b是根據(jù)本發(fā)明的教示的實例性圖像傳感器的圖解。

圖1c展示可對應于圖1b中的圖像傳感器的圖像傳感器操作的實例性第一方法。

圖1d展示根據(jù)本發(fā)明的教示的可對應于圖1b中的圖像傳感器的圖像傳感器操作的實例性第二方法。

圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含圖1b的圖像傳感器的成像系統(tǒng)的一個實例的框圖。

貫穿圖式的數(shù)個視圖，對應參考符號指示對應組件。所屬領域的技術人員將了解，圖中的元件是為簡單及清晰起見而圖解說明，且未必按比例繪制。舉例來說，為幫助改進對本發(fā)明的各種實施例的理解，各圖中的元件中的一些元件的尺寸可能相對于其它元件被夸大。此外，通常未繪示在一商業(yè)上可行實施例中有用或必需的常見而眾所周知的元件以便促進對本發(fā)明的這些各種實施例的較不受阻擋的觀察。

具體實施方式

本文中描述實例用于圖像傳感器顏色校正的設備及方法。在以下說明中，陳述眾多特定細節(jié)以提供對實例的透徹理解。然而，相關領域的技術人員將認識到，可在無所述特定細節(jié)中的一者或多者的情況下或借助其它方法、組件、材料等實踐本文中所描述的技術。在其它實例中，為避免使一些方面模糊，未詳細展示或描述眾所周知的結構、材料或操作。

貫穿本說明書對“一個實例”或“一個實施例”的提及意指結合所述實例所描述的特定特征、結構或特性包含于本發(fā)明的至少一個實例中。因此，在貫穿本說明書的各個地點中出現(xiàn)的短語“在一個實例中”或“在一個實施例中”未必全部是指同一實例。此外，特定特征、結構或特性可以任一適合方式組合于一個或多個實例中。

貫穿本說明書使用數(shù)個技術術語。除非本文中明確定義或其使用的上下文將另外清楚地建議，否則這些術語應具有其在所屬領域中的一般含義。值得注意的是，特定電路元件可替代邏輯上等效或模擬電路或者可以軟件仿真。

圖1a是圖解說明顏色通道不匹配的效果的圖。顏色通道不匹配是指其中甚至在完全暗條件中一個顏色的像素輸出大于另一顏色的像素的信號的現(xiàn)象。換句話說，當無光到達圖像傳感器像素時，由于圖像傳感器像素不產(chǎn)生任何圖像電荷(無光子到達光電二極管)，因此全部圖像傳感器像素應讀出同一值。然而有時，一個顏色的像素將輸出高于另一顏色的像素的基礎信號。此可導致后處理圖像假象且可使在低照明度條件中捕獲的圖像失真。圖1a展示此現(xiàn)象的一個實例，其中藍色像素(菱形線)正輸出大于綠色或紅色像素的暗信號。根據(jù)本發(fā)明的教示的實例通過將預讀出電壓施加到圖像傳感器中的浮動擴散部而糾正此問題。

圖1b是實例性圖像傳感器100的一部分的圖解。在所描繪實例中，圖像傳感器100包含：半導體材料101、多個光電二極管(pd103、pd105、pd107及pd109)、多個轉移晶體管(tx113、tx115、tx117及tx119)、浮動擴散部121、復位晶體管123、放大器晶體管131及行選擇晶體管133。所述多個光電二極管安置于半導體材料101中以響應于經(jīng)引導到所述多個光電二極管中的入射光而積累圖像電荷。在一個實例中，半導體材料101可包含硅、鍺、砷或其它適合半導體/摻雜劑。多個轉移晶體管也安置于半導體材料101中，且所述多個轉移晶體管中的個別轉移晶體管(tx113、tx115、tx117及tx119)耦合到所述多個光電二極管中的個別光電二極管(pd103、pd105、pd107及pd109)。浮動擴散部121安置于半導體材料101中，且浮動擴散部121耦合到所述多個轉移晶體管以響應于依序施加到每一個別轉移晶體管的控制端子的轉移信號而從所述多個光電二極管接收圖像電荷(參見下文圖1c，tx113、tx115、tx117及tx119)。換句話說，在所描繪實例中，轉移信號經(jīng)施加到tx113的控制端子，接著轉移信號經(jīng)施加到tx115的控制端子，接著轉移信號經(jīng)施加到tx117的控制端子，且最后轉移信號經(jīng)施加到tx119的控制端子。在一個實例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，浮動擴散部121經(jīng)耦合以接收預設電壓(例如，預設電壓151，參見下文圖1d)，且所述預設電壓實質上等于暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓(例如，暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161，參見下文圖1d)。在所描繪實例中，浮動擴散部121經(jīng)耦合以在從多個光電二極管中的第一光電二極管103讀出圖像電荷之前接收預設電壓。復位晶體管123耦合到浮動擴散部121以從浮動擴散部121提取圖像電荷。此外，放大器晶體管131耦合到浮動擴散部121，且行選擇晶體管133耦合于放大器晶體管131的輸出與位線輸出之間。在一個實例中，放大器晶體管131包含源極跟隨器耦合晶體管。

在所描繪實例中，多個光電二極管包含耦合到浮動擴散部121的四個光電二極管。然而，在不同實例中，任何數(shù)目個光電二極管可耦合到浮動擴散部121，包含兩個、六個及八個光電二極管。在所描繪實例中，四個光電二極管包含經(jīng)安置以吸收綠色光的兩個光電二極管105/107，經(jīng)安置以吸收藍色光的一個光電二極管103及經(jīng)安置以吸收紅色光的一個光電二極管109。盡管圖1b中未描繪，但可通過接近于半導體材料101放置彩色濾光片層而完成顏色選擇。在一個實例中，彩色濾光片層包含紅色、綠色及藍色濾光片，所述濾光片可經(jīng)布置成拜耳(bayer)圖案、exr圖案、x-trans圖案或類似圖案。然而，在不同或相同實例中，彩色濾光片層可包含紅外濾光片、紫外濾光片或隔離em光譜的不可見部分的其它濾光片。在相同或不同實例中，在彩色濾光片層上形成微透鏡層。所述微透鏡層可由在彩色濾光片層的表面上圖案化的光活化聚合物制成。一旦在彩色濾光片層的表面上圖案化聚合物的矩形塊，便可使所述塊熔融(或回焊)以形成微透鏡的圓頂狀結構特性。

在一個或多個實例中，例如囊封層、介于光電二極管之間的釘扎阱及電隔離結構等其它裝置架構部分可存在于圖像傳感器100中/上。在一個實例中，圖像傳感器100可完全安置于半導體材料101中/上，且圖像傳感器100的內(nèi)部組件可被電隔離結構及/或光學隔離結構環(huán)繞。此可有助于減少圖像傳感器100中的噪聲?？赏ㄟ^在半導體材料101中圍繞個別光電二極管蝕刻隔離溝槽來完成電隔離，所述隔離溝槽可接著填充有半導體材料、氧化物材料或類似材料?；蛘?，可通過在半導體材料101的表面上建構安置于彩色濾光片層下方的反射柵格而形成光學隔離結構。光學隔離結構可與多個光電二極管光學對準。

圖1c展示可對應于圖1b中的圖像傳感器的圖像傳感器操作的實例性第一方法，其中尚未調整浮動擴散部121上的電壓來補償顏色通道不匹配。所描繪實例展示數(shù)個時序圖，所述時序圖包含：復位晶體管時序(rst時序171)、第一復位浮動擴散部時序(第一rfd時序173)、轉移信號時序(tx時序175)及當不施加預設電壓時浮動擴散部121上的所得電壓(第一v_fd響應177)。當圖像傳感器100處于讀出模式中時，可將rfd電壓設定到高電平。在一個實例中，通過從光電二極管103、105、107、109到浮動擴散部121的電荷轉移效率及放大器晶體管131的線性度來確定電壓電平。當圖像傳感器100處于曝光模式中時，可通過數(shù)個性能度量來確定rfd電壓，例如光電二極管阱容量、光電二極管浮散(blooming)及裝置中的暗電流的量值。曝光模式中的rfd電壓通常低于讀出模式中的rfd電壓。經(jīng)由將轉移信號(tx113、tx115、tx117及tx119，參見下文圖1c)施加到多個轉移晶體管而將圖像電荷轉移到浮動擴散部121，且接著從浮動擴散部121讀出圖像電荷。然而，如在所描繪實例中所展示，應注意，浮動擴散部121上的讀出電壓(第一v_fd響應177)針對前幾個光電二極管讀出增加，且接著針對系列中的稍后光電二極管讀出而穩(wěn)定。換句話說，必須在浮動擴散部121到達其暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓(例如，暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161)之前從浮動擴散部121讀出圖像電荷數(shù)次。像素讀出電壓之間的此差異可導致顏色通道不匹配(例如，參見圖1a)。

圖1d展示可對應于圖1b中的圖像傳感器的圖像傳感器操作的實例性第二方法，其中已通過施加預設電壓151來調整浮動擴散部121上的電壓以補償顏色通道不匹配。所描繪實例展示數(shù)個時序圖，所述時序圖包含：復位晶體管時序(rst時序171—來自圖1c)、第一復位浮動擴散部時序(第一rfd時序173—來自圖1c)、第二復位浮動擴散部時序(第二rfd時序181)、當不施加預設電壓時浮動擴散部121上的所得電壓(第一v_fd響應177—來自圖1c)及當施加預設電壓151時浮動擴散部121上的所得電壓(第二v_fd響應179)。值得注意的是，在圖1d中再現(xiàn)的圖1c的部分經(jīng)提供以圖解說明兩種操作模式之間的差別(在圖1c中無預設電壓151被施加到浮動擴散部121，然而在圖1d中預設電壓151被施加到浮動擴散部121)。

如所展示，rst時序171在圖1c及圖1d兩者中相同；然而，第二rfd時序181展示預設電壓151被施加到浮動擴散部121以校正顏色通道不匹配。在從所述多個光電二極管循序讀出圖像電荷之前，預設電壓151被施加達某一時間段。在一個實例中，此時間段可為固定的；然而，在不同實例中此時間段可經(jīng)動態(tài)確定且取決于圖像傳感器中的條件而波動。在一個實例中，預設電壓151被施加到浮動擴散部121達長于多個光電二極管的穩(wěn)定時間(即，用以實現(xiàn)暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161所需要的時間量)的時間段。在所描繪實例中，預設電壓151的量值經(jīng)動態(tài)確定為實質上等于暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161。預設電壓的量值可通過以下操作確定：(1)讀出所有光電二極管且確定光電二極管的暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161(此可取決于裝置溫度、操作條件等改變)；(2)存儲暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161的值；及(3)在后續(xù)圖像獲取期間將量值等于暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161的預設電壓151施加到浮動擴散部121。第二v_fd響應179描繪將預設電壓151施加到浮動擴散部121以便將浮動擴散部121上的電壓調整為實質上等于暗條件穩(wěn)態(tài)讀取電壓161的效應。如所描繪，光電二極管讀取電壓從第一讀出循環(huán)到最后一讀出循環(huán)為始終一致齊平的。

圖2是圖解說明包含圖1b的圖像傳感器的成像系統(tǒng)的一個實例的框圖。成像系統(tǒng)200包含像素陣列205、控制電路221、讀出電路211及功能邏輯215。在一個實例中，像素陣列205為光電二極管或圖像傳感器像素(例如，像素p1、p2…、pn)的二維(2d)陣列。如所圖解說明，光電二極管經(jīng)布置到行(例如，行r1到ry)及列(例如，列c1到cx)中以獲取人、地點、物體等的圖像數(shù)據(jù)，接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)再現(xiàn)所述人、地點、物體等的2d圖像。

在一個實例中，在像素陣列205中的每一圖像傳感器光電二極管/像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，圖像數(shù)據(jù)由讀出電路211讀出且接著經(jīng)傳送到功能邏輯215。讀出電路211可經(jīng)耦合以從像素陣列205中的多個光電二極管讀出圖像數(shù)據(jù)。在各種實例中，讀出電路211可包含放大電路、模/數(shù)轉換(adc)電路或其它電路。功能邏輯215可僅存儲圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應用圖像后效應(例如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其它)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個實例中，讀出電路211可沿著讀出列線一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)(所圖解說明)，或可使用多種其它技術讀出圖像數(shù)據(jù)(未圖解說明)，例如串行讀出或同時全并行讀出所有像素。

在一個實例中，控制電路221耦合到像素陣列205以控制像素陣列205中的多個光電二極管的操作。舉例來說，控制電路221可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號。在一個實例中，快門信號為用于同時啟用像素陣列205內(nèi)的所有像素以在單個獲取窗期間同時捕獲其相應圖像數(shù)據(jù)的全局快門信號。然而，在另一實例中，所述快門信號可為滾動快門信號以依序捕獲圖像數(shù)據(jù)。在另一實例中，圖像獲取與照明效果(例如閃光)同步。在所描繪實例中，控制電路221還包含預設電壓地址解碼器241(其經(jīng)耦合以供應預設電壓)、快門地址解碼器243(其經(jīng)耦合以控制圖像傳感器快門操作(shuttering))及讀出地址解碼器245。在一個實例中，成像系統(tǒng)200還可包含行解碼器與驅動器231，其中行解碼器與驅動器231耦合于多個光電二極管與預設電壓地址解碼器241、快門地址解碼器243及讀出地址解碼器245之間。

在一個實例中，成像系統(tǒng)200可包含于數(shù)字相機、手機、膝上型計算機或類似物中。另外，成像系統(tǒng)200可耦合到其它硬件部件，例如處理器、存儲器元件、輸出(usb端口、無線發(fā)射器、hdmi端口等)、照明設備/閃光燈、電輸入(鍵盤、觸摸顯示器、跟蹤墊、鼠標、麥克風等)及/或顯示器。其它硬件部件可將指令遞送到成像系統(tǒng)200、從成像系統(tǒng)200提取圖像數(shù)據(jù)、操縱由成像系統(tǒng)200供應的圖像數(shù)據(jù)或將成像系統(tǒng)200中的圖像數(shù)據(jù)復位。

包含發(fā)明摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說明實例的以上描述并不打算為窮盡性或將本發(fā)明限制于所揭示的精確形式。雖然出于說明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實例，但如相關領域的技術人員將認識到，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種修改。

鑒于上文詳細說明可對本發(fā)明做出這些修改。所附權利要求書中所使用的術語不應理解為將本發(fā)明限于說明書中所揭示的特定實例。而是，本發(fā)明的范圍將完全由所附權利要求書來確定，權利要求書將根據(jù)所建立的權利要求解釋原則來加以理解。