專利名稱：具有增益控制的圖像傳感器像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及圖像傳感器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有可 變?cè)鲆婵刂频倪@樣的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖1示出典型的CMOS有源像素圖像傳感器100。圖像傳感器100 的基本部件是光敏像素130的陣列。行解碼器電路105選擇由相關(guān)雙采 樣(CDS)電路125待采樣的整行像素130。模數(shù)轉(zhuǎn)換器115掃過(guò)列解 碼器并且使存儲(chǔ)在CDS 125中的信號(hào)數(shù)字化。模數(shù)轉(zhuǎn)換器115可以是具 有每列一個(gè)轉(zhuǎn)換器(并行)或者具有一個(gè)高速轉(zhuǎn)換器以逐次地使每列數(shù) 字化的類型。數(shù)字化的數(shù)據(jù)可以從圖像傳感器IOO被直接輸出，或者可 以存在集成圖像處理120以用于缺陷校正、彩色濾光器插值、圖像縮放 以及其它特殊效果。時(shí)序發(fā)生器IIO控制行解碼器和列解碼器以對(duì)整個(gè) 像素陣列或像素陣列的僅僅一部分采樣。
圖2示出CMOS圖像傳感器.100的一個(gè)像素。存在光電二極管151 以采集光產(chǎn)生的電子。在信號(hào)從光電二極管151中^^皮讀出時(shí)，脈沖地產(chǎn) 生RG信號(hào)以通過(guò)復(fù)位晶體管150將浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)155復(fù)位為VDD電 勢(shì)。行選擇信號(hào)RSEL被接通，以通過(guò)行選擇晶體管154將輸出晶體管 153連接至輸出信號(hào)線。CDS電路125對(duì)輸出信號(hào)線上的復(fù)位電壓電平 采樣。接下來(lái)，轉(zhuǎn)移晶體管152被脈沖導(dǎo)通和關(guān)斷，以從光電二極管151 將電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)擴(kuò)散155。輸出信號(hào)線上的新電壓電平減去復(fù)位電壓 電平與浮動(dòng)擴(kuò)散處的電荷量成比例。
浮動(dòng)擴(kuò)散電壓變化的幅值通過(guò)V^Q/C給出，其中Q是光電二極管 151所采集的電荷量，而C是浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)155的電容。如果電容C太 小而電荷Q太大，則電壓輸出將會(huì)對(duì)于CDS電路125而言太大。這種 問(wèn)題通常在像素尺寸為2.7，或更大以及電源電壓VDD為3.3V或更小 時(shí)發(fā)生。現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)這種問(wèn)題的解決方案一般包括將額外電容放置在 浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)155處。
在圖3中，美國(guó)專利6,730,897 ^^開了通過(guò)添加;f皮連接在浮動(dòng)擴(kuò)散160與GND之間的電容161來(lái)增加浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)160電容。在圖4中， 美國(guó)專利6,960,796公開了通過(guò)添加被連接在浮動(dòng)擴(kuò)散162與電源VDD 之間的電容163來(lái)增加浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)162電容。現(xiàn)有技術(shù)并未將浮動(dòng)擴(kuò) 散節(jié)點(diǎn)電容增加到足以保證在最大光電電荷容量下最大輸出電壓處于 供電極限以內(nèi)。不過(guò)，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案對(duì)于低光線水平(low light level)狀況并不是最優(yōu)的。在光電二極管中存在非常少量的電荷時(shí)，較 大的浮動(dòng)擴(kuò)散電容降低了電壓輸出，使得更難以測(cè)量小信號(hào)。所存在的 需要是在低光線水平下成像時(shí)具有小浮動(dòng)擴(kuò)散電容(以用于增加的電 壓輸出)，并且在高光線水平(high light level)下成像時(shí)具有大浮動(dòng)擴(kuò) 散電容(以將電壓輸出降至供電范圍以下)。這是像素內(nèi)的一種增益控 制形式。
圖5示出具有被連接至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)166的額夕卜"懸空(dangling)" 晶體管165的像素。該像素來(lái)自美國(guó)專利申請(qǐng)公布2006/0103749Al。使 具有AUX信號(hào)線的晶體管165導(dǎo)通將增加浮動(dòng)擴(kuò)散166的電容。這種 改變浮動(dòng)擴(kuò)散電容的方法需要四個(gè)晶體管門(transistor gate ) 165、 167、 168和169緊密圍繞浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)166并且被直接電連接至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié) 點(diǎn)166。四個(gè)晶體管門的存在不容許最小可能的浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)電容。在 晶體管165截止時(shí)，與只有三個(gè)晶體管與浮動(dòng)擴(kuò)散相鄰的情況相比，門 電路還是增加了 一些附加電容。
美國(guó)專利7,075,049也示出具有改變浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)電容的能力的像 素。它也需要四個(gè)晶體管與浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)相鄰。因此，美國(guó)專利7,075,049 中的像素設(shè)計(jì)并不提供最小可能的浮動(dòng)擴(kuò)散電容。
本發(fā)明公開了一種浮動(dòng)擴(kuò)散電容能被改變的像素。而且，本發(fā)明將 僅需要三個(gè)晶體管門與浮動(dòng)擴(kuò)散相鄰并且不需要對(duì)像素添加附加的信
號(hào)線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于克服以上所述的問(wèn)題中的 一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。簡(jiǎn)要地概括 來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一方面，描述了一種用于讀出圖像信號(hào)的方法，該 方法包括提供至少兩個(gè)光敏區(qū)域；提供至少兩個(gè)分別與每個(gè)光敏區(qū)域 相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)移柵；提供被電連接至所述轉(zhuǎn)移柵的公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū) 域；提供用于復(fù)位所述公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的復(fù)位機(jī)制；在從所述光敏區(qū)域至少之一轉(zhuǎn)移電荷以后，在第一時(shí)間禁止所有的轉(zhuǎn)移柵；在隨 后的第二時(shí)間允許至少一個(gè)轉(zhuǎn)移柵；以及在所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)移柵從第二 時(shí)間起保持被允許的同時(shí)，在隨后的第三時(shí)間從所述光敏區(qū)域至少之一 轉(zhuǎn)移電荷。
本發(fā)明的以上和其它目的在結(jié)合下列描述和附圖時(shí)將變得更加明 顯，在所述附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于在可能的地方指代附圖中共有 的相同的元件。
本發(fā)明的有利效果
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)如下可變?cè)鲆婵刂苾H有三個(gè)晶體管門與浮動(dòng)擴(kuò) 散相鄰，以及不需要附加的信號(hào)線。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的CMOS有源像素圖像傳感器；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的CMOS有源像素的示意圖3是現(xiàn)有技術(shù)的具有至GND的電容器以減小電荷轉(zhuǎn)換增益的 CMOS有源4象素的示意圖4是現(xiàn)有技術(shù)的具有至VDD的電容器以減小電荷轉(zhuǎn)換增益的 CMOS有源像素的示意圖5是現(xiàn)有技術(shù)的具有搖擺晶體管以減小電荷轉(zhuǎn)換增益的CMOS 有源像素的示意圖6是本發(fā)明中使用的CMOS有源像素傳感器的示意圖7是CMOS有源像素傳感器的剖面圖，該剖面圖示出光電二極管、 轉(zhuǎn)移柵和電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；
圖8示出本發(fā)明第 一實(shí)施例的轉(zhuǎn)移柵和電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的溝道 電勢(shì)；
圖9示出本發(fā)明第一實(shí)施例的線性曲線；
圖10示出本發(fā)明第二實(shí)施例的在小電荷被測(cè)量到時(shí)轉(zhuǎn)移柵和電荷 至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的溝道電勢(shì)；
圖11示出本發(fā)明第二實(shí)施例的在大電荷被測(cè)量到時(shí)轉(zhuǎn)移柵和電荷 至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的溝道電勢(shì)；
圖12示出本發(fā)明第二實(shí)施例的線性曲線；
圖13示出本發(fā)明第三實(shí)施例的轉(zhuǎn)移柵和電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的溝
7道電勢(shì)；
圖14是采用使用本發(fā)明的像素的CMOS有源像素圖像傳感器；以
及
圖15是使用采用本發(fā)明像素的CMOS有源像素圖像傳感器的數(shù)碼 相機(jī)。
具體實(shí)施例方式
在詳細(xì)闡述本發(fā)明之前，有益的是注意到，本發(fā)明優(yōu)選地一皮用在 CMOS有源像素傳感器中，但是并不限于CMOS有源像素傳感器。有源 像素傳感器指的是像素內(nèi)的除了起開關(guān)作用的晶體管之外的有源電元 件。例如，浮動(dòng)擴(kuò)散或放大器是有源元件。CMOS指的是互補(bǔ)金屬氧化 物硅型電部件、比如與像素相關(guān)聯(lián)但通常不在像素中的晶體管、以及在 晶體管的源極/漏極屬于一種摻雜型(例如p型)并且與它配對(duì)的晶體管 屬于相反摻雜型(例如n型)時(shí)所形成的晶體管。CMOS器件包括一些 優(yōu)點(diǎn)，其中的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它消耗較少的功率。
圖6示出能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的CMOS像素200。它具有一皮示為光電二 極管201和202的兩個(gè)光專丈區(qū)域。光電二才及管201和202中的每個(gè)通過(guò) 轉(zhuǎn)移柵203和204 一皮連接至公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)205。復(fù)位晶體管 206用于將電荷至電壓轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)205設(shè)置成電源電壓210。輸出晶體管 207用于在行選擇晶體管208,皮允許時(shí)驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)線209。
圖7示出穿過(guò)所制造的像素200的水平剖面圖。轉(zhuǎn)移柵204和203 被示為圍繞充當(dāng)電荷至電壓轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)205的注入式擴(kuò)散。光電二極管注 入物(implant) 201和202處于表面4丁4匕層(surface pinning layer)注入 物211的下方。這種類型的光電二極管通常被稱為釘扎光電二極管。在 每個(gè)像素的上部是具有相同或不同顏色的彩色濾光器220和221 。微透 鏡222和223的陣列使光線224聚焦到像素的光電二極管區(qū)域中。
在圖7的剖面的下部，示出處于像素200的各區(qū)域下部的電溝道電 勢(shì)。231是在轉(zhuǎn)移柵204下方的當(dāng)該轉(zhuǎn)移柵處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的溝道電勢(shì)。 233是在轉(zhuǎn)移柵203下方的當(dāng)該轉(zhuǎn)移柵處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的溝道電勢(shì)。232 是在電荷至電壓轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)205已經(jīng);故晶體管206 (如圖6中所示)復(fù)位 之后的該節(jié)點(diǎn)205的溝道電勢(shì)。面積230和234表示光電二4及管201和 202中光產(chǎn)生的電荷量。在圖8中，僅示出圖7的在對(duì)光電二極管201和202中光產(chǎn)生的電 荷量230和234采樣的各時(shí)步(time step)下的溝道電勢(shì)圖。對(duì)光電二 極管201和202中光產(chǎn)生的電荷230和234采樣的過(guò)程開始于時(shí)步TO， 在時(shí)步TO, —個(gè)光電二極管電荷230小于另一光電二極管電荷234。
電荷差異的原因，例如可能是由于光電二極管202具有更長(zhǎng)積分時(shí) 間引起的，或者彩色濾光器221可能是更透明的或通過(guò)更寬范圍的顏色。 微透鏡223也可以被制造成采集比微透鏡222多的光。這些特性中的任 何一個(gè)都可以;故并入到本發(fā)明中。時(shí)步TO處在電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205 已經(jīng)被復(fù)位成溝道電勢(shì)232之后。電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205的復(fù)位電壓 也在此時(shí)被采樣。在時(shí)步Tl,轉(zhuǎn)移柵204被接通以將電荷230轉(zhuǎn)移至電 荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205。接下來(lái)，在時(shí)步T2，轉(zhuǎn)移柵204,皮關(guān)斷，并且 電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205上的新電壓^皮采樣并且從復(fù)位電壓電平中^L減 去以測(cè)量電荷230的量。在時(shí)步T3，電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域被再次復(fù)位， 并且復(fù)位電壓電平一皮采樣。在時(shí)步T4，轉(zhuǎn)移4冊(cè)204纟皮接通至增加電荷至 電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205的電容的電壓電平。電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205可以在 時(shí)步T4而不是在時(shí)步T3 一皮復(fù)位。在時(shí)步T5轉(zhuǎn)移柵203也^皮接通以將 電荷234轉(zhuǎn)移至電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205時(shí)，轉(zhuǎn)移柵204仍處于接通。 在時(shí)步T6中轉(zhuǎn)移柵203被關(guān)斷時(shí)，電荷234在較大面積上散開，該較 大面積具有比在時(shí)步T2中轉(zhuǎn)移柵204處于關(guān)斷時(shí)更高的電容。
現(xiàn)在考慮通過(guò)由V-Q/C給出的電荷Q、電容C和電壓V之間的關(guān) 系。越高的電容意味著在電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域上將有越小的電壓變化， 因此該區(qū)域可以保持越大的電荷量。越高的電容對(duì)應(yīng)于越小的電荷至電 壓轉(zhuǎn)換增益。因此，本發(fā)明能夠在兩個(gè)轉(zhuǎn)移柵都關(guān)斷的情況下利用高增 益對(duì)少量的電荷采樣，并且也能夠在所述轉(zhuǎn)移柵之一接通的情況下對(duì)大 量的電荷采樣。
有利的是，最后從具有最多電荷的光電二極管轉(zhuǎn)移電荷，這是因?yàn)?這是電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域通過(guò)從空的光電二極管接通轉(zhuǎn)移柵能夠具有 最高電容的時(shí)候。明顯的還有，本發(fā)明能夠被擴(kuò)展到共享兩個(gè)以上光電 二^l管的4象素。明顯的還有，利用兩個(gè)以上的光電二4及管，可以存在兩 個(gè)以上級(jí)別的電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域電容控制。
圖9示出像素的輸出電壓相對(duì)光電二極管中采集的電荷量的情況。 當(dāng)在兩個(gè)轉(zhuǎn)移柵都被關(guān)斷的情況下電荷被采樣時(shí)，像素處于高增益模式，并且產(chǎn)生在低電荷水平下達(dá)到飽和的輸出電壓曲線240。當(dāng)在一個(gè) 轉(zhuǎn)移柵被接通的情況下電荷被采樣時(shí)，像素處于低增益模式，并且產(chǎn)生 在較高電荷水平下達(dá)到飽和的輸出電壓曲線241 。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，除了轉(zhuǎn)移柵的操作不同以外，像素結(jié)構(gòu) 與圖7和圖8中所示的相同。在圖10中，時(shí)步TO處在電荷至電壓轉(zhuǎn)換 區(qū)域205已經(jīng)被復(fù)位成溝道電勢(shì)232之后。電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205的 復(fù)位電壓也在此時(shí)纟皮采樣。在時(shí)步T1，轉(zhuǎn)移4冊(cè)204一皮4妻通以將電荷230 轉(zhuǎn)移至電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205。接下來(lái)，在時(shí)步T2，轉(zhuǎn)移柵204一皮關(guān) 斷，并且電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205上的新電壓一皮采樣并且從復(fù)位電壓電 平中被減去以測(cè)量電荷230的量。在時(shí)步T3，電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205 被再次復(fù)位，并且復(fù)位電壓電平一皮采樣。在時(shí)步T4，轉(zhuǎn)移柵204^皮部分 接通至將轉(zhuǎn)移柵溝道電勢(shì)231設(shè)置成處于光電二極管溝道電勢(shì)與復(fù)位電 壓電平電勢(shì)232之間的電壓電平。在時(shí)步T5，轉(zhuǎn)移柵203 一皮接通，以將 電荷234轉(zhuǎn)移至電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205,然后轉(zhuǎn)移斥冊(cè)203在時(shí)步T6 -故關(guān)斷。
轉(zhuǎn)移柵204的部分接通的優(yōu)點(diǎn)在于，電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域電容對(duì)于 小電荷會(huì)是高的，而該電容對(duì)于大電荷會(huì)是低的。圖10示出電荷234 小并且在時(shí)步T6并不填滿電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205以超出轉(zhuǎn)移4冊(cè)204 溝道電勢(shì)231的情況。因此，在這種情況下，電荷234利用低電容高電 壓轉(zhuǎn):換增益一皮測(cè)量。在圖11的情況下，電荷234大，并且在該電荷-皮 轉(zhuǎn)移至電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205時(shí)，該電荷在時(shí)步T6在溝道電勢(shì)231 的上方流動(dòng)?，F(xiàn)在大電荷234利用大電容較低的電壓轉(zhuǎn)換增益被測(cè)量。
圖12示出第二實(shí)施例中的電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205的電壓響應(yīng)相 對(duì)光電二極管中采集的電荷量的情況。在電荷大且在點(diǎn)243上方時(shí)，電 壓響應(yīng)的4牛率減小并且遵循曲線244。如果轉(zhuǎn)移4冊(cè)204已經(jīng):故關(guān)斷而不 是被部分接通，則電壓響應(yīng)將遵循較高的增益曲線242。第二實(shí)施例容 許低信號(hào)電平下的高增益和高信號(hào)電平下的低增益。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，除了轉(zhuǎn)移柵的操作不同以外，像素結(jié)構(gòu) 與圖7和圖8中所示的相同。本發(fā)明的第三實(shí)施例凈皮圖示在圖13中。 在時(shí)步TO,電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205剛被復(fù)位，并且它的電壓被采樣為 VI。在時(shí)間Tl，轉(zhuǎn)移柵204祐」接通以將電荷230轉(zhuǎn)移至電荷至電壓轉(zhuǎn) 換區(qū)域205。在轉(zhuǎn)移柵204仍處于接通的同時(shí)，電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205
10的電壓被采樣為V2。在時(shí)步T2，轉(zhuǎn)移柵204被關(guān)斷，并且電荷至電壓 轉(zhuǎn)換區(qū)域205電壓被采樣為V3。
電壓V3-V1表示電荷230的高轉(zhuǎn)換增益測(cè)量值。電壓V2-V1表示 電荷230的低轉(zhuǎn)換增益測(cè)量值。不過(guò)，V2-V1包括由轉(zhuǎn)移柵204至電荷 至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205的電容耦合所引起的偏移誤差。為了消除該偏移誤 差，電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205在時(shí)步T3 一皮再次復(fù)位，并且它的電壓祐二 測(cè)量為V4。接下來(lái)，在時(shí)步T4，在電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域205電壓,皮測(cè) 量為V5的同時(shí)，轉(zhuǎn)移柵204被再次接通并且被保持。通過(guò)在光電二極 管201中不存在電荷時(shí)測(cè)量V5,偏移誤差作為V5-V4被獲取?，F(xiàn)在， 正確的低轉(zhuǎn)換增益測(cè)量值是V2-V1-(V5-V4)。
對(duì)于不太精確的測(cè)量值，電壓V4可以:故除去并且在它的位置使用 VI。在這種情況下，低轉(zhuǎn)換增益測(cè)量值是V2-V1-(V5-V1)或V2-2V1-V5。
第三實(shí)施例能夠被應(yīng)用于具有任意數(shù)目的共享公共電荷至電壓轉(zhuǎn) 換區(qū)域的光電二極管的CMOS有源像素。圖13的步驟針對(duì)光電二極管 中的每一個(gè)一皮重復(fù)。
第三實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于圖像傳感器的每個(gè)像素都利用高電荷至電 壓轉(zhuǎn)換增益和低電荷至電壓轉(zhuǎn)換增益被采樣。本發(fā)明的所有實(shí)施例的一 個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它們都不需要添加任何晶體管或信號(hào)線。
圖14示出本發(fā)明的具有^f象素308的CMOS有源像素圖像傳感器 300，其中像素308中的轉(zhuǎn)移柵利用本發(fā)明的電荷至電壓轉(zhuǎn)換增益控制 被操作。圖像傳感器300的基本部件是光敏像素308的陣列。行解碼器 電路305選擇由相關(guān)雙采樣(CDS )電^各325待采才羊的整朽"像素308。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器315掃過(guò)列解碼器并且使存儲(chǔ)在CDS中的信號(hào)數(shù)字化。模 數(shù)轉(zhuǎn)換器315可以是具有每列一個(gè)轉(zhuǎn)換器(并行)或者具有逐次使每列 數(shù)字化的一個(gè)高速轉(zhuǎn)換器的類型。數(shù)字化的數(shù)據(jù)可以從圖像傳感器300 被直接輸出，或者可以存在集成圖像處理320以用于缺陷校正、彩色濾 光器插值、圖像縮放及其其它特殊效果。時(shí)序發(fā)生器310控制行解碼器 和列解碼器以對(duì)整個(gè)像素陣列或像素陣列的 一部分采樣。
圖15示出電子成Y象系統(tǒng)、優(yōu)選地為數(shù)字相才幾400中的采用如下Y象 素的圖像傳感器300:該像素的轉(zhuǎn)移柵利用電荷至電壓轉(zhuǎn)換增益控制被 操作。
本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述。不過(guò)，能夠理解的是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下實(shí)施變型和 修改。部件列表
100圖像傳感器
105行解碼器電路
110時(shí)序生成器
115模數(shù)轉(zhuǎn)換器
120集成圖像處理
125相關(guān)雙采樣(CDS)電路
130光敏像素
150復(fù)位晶體管
151光電二極管
152轉(zhuǎn)移晶體管
153輸出晶體管
154行選擇晶體管
155浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)
160浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)
161電容器
162浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)
163電容器
165額外"搖擺"晶體管門
166浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)
167晶體管門
168晶體管門
169晶體管門
200像素
201光電二一及管注入物
202光電二4及管注入物
203轉(zhuǎn)移柵
204轉(zhuǎn)移柵
205電荷至電壓轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)
206復(fù)位晶體管
207輸出晶體管
208行選擇晶體管209輸出信號(hào)線
210電源電壓
211表面^r扎層注入物/釘扎光電二極管
220彩色濾光器材料
221彩色濾光器材料
222微透鏡
223微透鏡
224光線
230光產(chǎn)生的電荷(光電二極管)
231溝道電勢(shì)
232溝道電勢(shì)
233溝道電勢(shì)
234光產(chǎn)生的電荷(光電二極管)
240輸出電壓曲線
241輸出電壓曲線
242較高增益曲線
243,泉
244曲線
300圖像傳感器
305行解碼器電路
308光敏像素
310時(shí)序發(fā)生器
315模數(shù)轉(zhuǎn)換器
320集成圖像處理
325相關(guān)雙采樣(CDS)電路
400數(shù)碼相機(jī)
權(quán)利要求
1、一種用于讀出圖像信號(hào)的方法，該方法包括提供至少兩個(gè)光敏區(qū)域；提供至少兩個(gè)分別與每個(gè)光敏區(qū)域相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)移柵；提供被電連接至所述轉(zhuǎn)移柵的公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；提供用于復(fù)位所述公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的復(fù)位機(jī)制；在從所述光敏區(qū)域至少之一轉(zhuǎn)移電荷之后，在第一時(shí)間禁止所有的轉(zhuǎn)移柵；在隨后的第二時(shí)間允許至少一個(gè)轉(zhuǎn)移柵；以及在所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)移柵從所述第二時(shí)間起保持被允許的同時(shí)，在隨后的第三時(shí)間從所述光敏區(qū)域至少之一轉(zhuǎn)移電荷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第二時(shí)間與所述第三時(shí)間之間復(fù)位所述公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)光敏區(qū)域提供至少兩種不同的光敏度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第三時(shí)間從所述光敏區(qū)域中的具有較高光敏度的至少 一個(gè)光敏區(qū)域轉(zhuǎn)移電荷。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)光敏區(qū)域提供至少兩個(gè)單獨(dú)的彩色濾光器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)單獨(dú)的濾光器中的每個(gè)提供不同的頻鐠特性。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括提供不同尺寸的微透鏡以提供所述至少兩個(gè)不同的光敏度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)光敏區(qū)域提供至少兩個(gè)不同尺寸的微透鏡與至少兩種不同的頻譜特性的組合。
9、 一種用于讀出圖像信號(hào)的方法，該方法包括提供至少一個(gè)光敏區(qū)域；提供至少 一個(gè)與所述光敏區(qū)域相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)移柵；提供被電連接至所述轉(zhuǎn)移柵的電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；提供用于復(fù)位所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的復(fù)位機(jī)制；復(fù)位所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；測(cè)量復(fù)位值的第一釆樣；操作所述轉(zhuǎn)移柵以從所述光敏區(qū)域?qū)㈦姾赊D(zhuǎn)移至所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；在所述轉(zhuǎn)移柵接通的情況下，測(cè)量所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域上的信號(hào)的第二采樣；以及在所述轉(zhuǎn)移柵關(guān)斷的情況下，測(cè)量所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域上的信號(hào)的第第三釆樣。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在所述轉(zhuǎn)移柵關(guān)斷的情況下，復(fù)位所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；以及在所述轉(zhuǎn)移柵接通的情況下，測(cè)量所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的第四采樣。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在所述轉(zhuǎn)移柵關(guān)斷的情況下，復(fù)位所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；在所述轉(zhuǎn)移柵關(guān)斷的情況下，測(cè)量所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的第四采樣；以及在所述轉(zhuǎn)移柵接通的情況下，測(cè)量所述電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的第五釆樣。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)所述第四采樣與所述第五采樣的差異的步驟。
13、 一種用于讀出圖像信號(hào)的方法，該方法包括提供至少兩個(gè)光敏區(qū)域；:纟被電連接至所述:移柵的公4電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；提供用于復(fù)位所述公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的復(fù)位機(jī)制；在從所述光敏區(qū)域至少之一轉(zhuǎn)移電荷之后，在第 一時(shí)間禁止所有的轉(zhuǎn)移柵；在第二時(shí)間部分允許至少 一個(gè)轉(zhuǎn)移柵；在所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)移柵從所述第二時(shí)間起保持^皮部分允許的同時(shí)，在隨后的第三時(shí)間部分允許至少 一個(gè)轉(zhuǎn)移柵，并且從所述光敏區(qū)域至少之一轉(zhuǎn)移電荷；以及禁止在所述隨后的第三時(shí)間被允許的轉(zhuǎn)移柵。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第二時(shí)間與所述第三時(shí)間之間復(fù)位所述公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)光敏區(qū)域提供至少兩種不同光敏度。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)光敏區(qū)域提供至少兩個(gè)單獨(dú)的彩色濾光器。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)單獨(dú)的濾光器中的每個(gè)提供不同的頻i普特性。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括提供不同尺寸的微透鏡以提供所述至少兩種不同的光敏度。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括給所述至少兩個(gè)光敏區(qū)域提供至少兩個(gè)不同尺寸的微透鏡與至少兩種不同的頻譜特性的組合。
全文摘要
一種用于讀出圖像信號(hào)的方法，該方法包括提供至少兩個(gè)光敏區(qū)域；提供至少兩個(gè)分別與每個(gè)光敏區(qū)域相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)移柵；提供被電連接至所述轉(zhuǎn)移柵的公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域；提供用于復(fù)位所述公共電荷至電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域的復(fù)位機(jī)制；在從所述光敏區(qū)域至少之一轉(zhuǎn)移電荷之后，在第一時(shí)間禁止所有的轉(zhuǎn)移柵；在隨后的第二時(shí)間允許至少一個(gè)轉(zhuǎn)移柵；以及在所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)移柵從所述第二時(shí)間起保持被允許的同時(shí)，在隨后的第三時(shí)間從所述光敏區(qū)域至少之一轉(zhuǎn)移電荷。
文檔編號(hào)H04N3/15GK101675657SQ200880014156
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者C·帕克斯, J·T·坎普頓 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司