專(zhuān)利名稱(chēng)：：具有無(wú)開(kāi)關(guān)有源像素的電流/電壓模式圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電流/電壓模式有源像素傳感器架構(gòu)，其中，像素傳感器由每像素1.5或2.0晶體管構(gòu)成，因此，每給定硅面積允許更高分辨率和更多像素。
背景技術(shù)：
：高分辨率的成像與每像素的晶體管數(shù)目和互連密切相關(guān)。傳統(tǒng)的電壓模式圖像傳感器是基于三晶體管(3T)有源像素傳感器(APS)拓?fù)?，這是由E.R.FoSSum在“CMOSImageSensor:ElectronicCamera-On-A_Chip，，，IEEETrans.ElectronDevices,Vol.44,PP.1689-1698，Oct.1997中提出的。這種三晶體管拓?fù)渥鳛樾袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被廣泛接受，它由重置晶體管、開(kāi)關(guān)晶體管和源極跟隨器(即，在光電二極管節(jié)點(diǎn)處緩沖來(lái)自大線(xiàn)路電容的有源元件)組成。3TAPS的一個(gè)缺點(diǎn)是高的暗電流和高的時(shí)間噪聲。為了解決這些問(wèn)題，針式光電二極管作為四晶體管(4T)APS的一部分而被引入。(參見(jiàn)例如Guidash等人的"A0.6μmCMOSpinnedphotodiodecolorimagertechnology，，，ElectronDevicesMeeting,1997.TechnicalDigest.，International7—lODec.1997，Pages:927_929。)這種埋入式光電二極管具有較低的暗電流，并且該額外的開(kāi)關(guān)晶體管允許真實(shí)相關(guān)雙采樣(CDS)。較低的時(shí)間噪聲變化產(chǎn)生了令人印象深刻的信噪比改善，高達(dá)60dB的令人驚訝的數(shù)字。不幸的是，額外開(kāi)關(guān)晶體管的引入是以增大像素大小和降低圖像傳感器的分辨率為代價(jià)的。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率的電壓模式成像，已經(jīng)公布了各種像素方案，表1中對(duì)這些方法作了總結(jié)。Y.Iida等人在“A1/4-Inch330kSquarePixelProgressiveScanCMOSActivePixelImageSensor",IEEEJ.Solid—StateCircuits,v.32,pp.2042-2047,July1994中提出了兩種不同像素拓?fù)洌员銣p少每像素晶體管計(jì)數(shù)和互連。這兩種像素拓?fù)湟蕾?lài)于像素的電容性尋址，導(dǎo)致了低像素敏感性，以及由于在光電二極管節(jié)點(diǎn)處的電容的增加而造成空間變化增加。在題為“Single-Capacitor-Single-ContactActivePixel”，Proc.IEEEISCAS,Geneva,Switzerland,May2000的文章中，Etienne-Cummings提出使用電容性尋址方案的具有單一接觸的單一像素。然而，由像素內(nèi)BJT的增益變化所造成的大的空間變化，諸如高的固定模式噪聲，是這種該實(shí)現(xiàn)方式的缺點(diǎn)之一。另外，關(guān)于相鄰像素的各種晶體管共享方案在文獻(xiàn)中已經(jīng)被廣泛報(bào)告。在這種情形下，四個(gè)或八個(gè)4TAPS像素在該四個(gè)或八個(gè)像素中共享重置和/或讀出晶體管。這將每像素晶體管的數(shù)目分別減少至1.75或1.25。(參見(jiàn)，Y.C.Kim等人的“l(fā)/2inch7.2mega-pixelCM0Simagesensorwith2.25μmpixelusing4—sharedpixelstructureforpixel-levelchargesummation，，，inDigest.IEEEISCCC,pp.494-495，2006；以及S.Yoshihara等人的“A1/1.8-inch6.4Mpixel60fpsCMOSImageSensorwithSeamlessModeChange”，inDigest.IEEEISCCC,pp.492-493，2006。)而且，通過(guò)J.Burns等人的“AWafer-Scale3-DCircuitIntegrationTechnology",IEEETrans.OnElectronDevices,v.53,pp.2507-2516，October2006，以3-D技術(shù)制作了一種小間距、高填充因子圖像傳感器，其中，將光電二極管放置在頂層，并且將讀出電路放置在隨后層。該堆疊3-D制作技術(shù)已經(jīng)允許幾乎100%的填充因子，因?yàn)檎麄€(gè)層被專(zhuān)用于光電二極管。不幸的是，與層內(nèi)連接相關(guān)的淺結(jié)光電二極管和高寄生電容對(duì)于圖像傳感器的較差敏感性具有直接影響。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>andSystems，pp.97-102，1994；T.Delbruck等人“Adaptivephotoreceptorwithwidedynamicrange，，，inProc.IEEEIntl.Symp.onCircuitsandSystems,pp.339-342,1994；A.G.Andreou等人“AnalogVLSIneuromorphicimageacquisitionandpre-processingsystems”，NeuralNetworks,Vol.8，No.78，pp.1323-1347，1995；K.A.Boahen等人“Aretinomorphicvisionsystems”，IEEEMicro，Vol.16，No.5，pp.30-39，October1996；S.Espejo等人‘‘Switched-currenttechniquesforimageprocessingcellularneuralnetworksinMOSVLSI，，，Proc.IEEEInt.SymposiumoncircuitsandSystems,pp.1537-1540，1992；R.Etienne-Cummings等人“Afocalplanevisualmotionmeasurementsensor”，IEEETrans.CircuitsandSys.I-FundamentalTheoryandApplications，Vol.44,No.1，pp.55-66，Januaryl997；EiichiFunatsu等人“AnArtificialRetinaChipwithCurrent-ModeFocalPlaneImageProcessingFunctions，，，IEEETransactionsonElectronDevices，Vol.44,No.10，October1997；以及P.Dudek等人^"Ageneral-purposeprocessor-per-pixelanalogSIMDvisionchip，，，IEEETransactionsonCircuitsandSystems-I:RegularPapers，Vol.52,No.1，January2005對(duì)常規(guī)的電流模式成像技術(shù)做了描述。在這樣的電流模式成像傳感器中的限制因素是由于大的固定模式噪聲而引起的低圖像質(zhì)量(參見(jiàn)表2)。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2電流模式圖像傳感器的總結(jié).在電壓和電流模式APS中的固定模式噪聲的主要貢獻(xiàn)者是在成像陣列中的像素之間的讀出晶體管的閾值電壓變化。如Fossum所描述的，在電壓模式APS中，關(guān)于與相關(guān)雙采樣(CDS)電路耦合的光電二極管電壓的線(xiàn)性電壓輸出允許抑制在成像陣列中的讀出晶體管之間的閾值變化。在電流模式圖像傳感器中，光強(qiáng)度與輸出電流之間的關(guān)系可以是對(duì)■的Delbruck入)、二&的(F.Boussaidultra-lowoweroperatingtechniqueformega-pixelscurrent-mediatedCMOSimagers",IEEETrans,onConsumerElectronics,v.50，pp.46-54，F(xiàn)eb.2004)或線(xiàn)性的(參見(jiàn)R.Etienne-Cummings等人的"Neuromorphicvisionsystemsformobileapplications”，inProc.IEEECICC.SanJose,CA,2006SanHose,CA-MRV.Gruev^AW"LinearCurrentModeImagerwithLowFixPatternNoise，，，Proc·IEEEISCAS,Vancouver,Canada,May2004)。由于Delbruck等人和Boussaid等人所指出的光和輸出電流之間的非線(xiàn)性關(guān)系，所以取消電壓閾值變化在芯片上不容易被執(zhí)行。Etienne-Cummings等人和Gruev等人通過(guò)操作線(xiàn)性模式的像素的讀出晶體管，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了關(guān)于光電電壓的線(xiàn)性光電流輸出。與電流輸送器和電流模式存儲(chǔ)器電路相耦合的線(xiàn)性電路輸出已經(jīng)允許高讀出速度(高幀率)和低固定模式噪聲(FPN)系數(shù)。然而，限制了電流輸出線(xiàn)性度(從而影響FPN系數(shù))的因素之一是在像素中的接入晶體管的有限導(dǎo)通電阻。需要一種克服這樣的現(xiàn)有技術(shù)傳感器的局限性并且限制用于每個(gè)像素的晶體管的大小和數(shù)目，從而減少電阻并且提高分辨率的電流/電壓模式有源像素傳感器。本發(fā)明解決了本
技術(shù)領(lǐng)域：
中的這種需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及基于線(xiàn)性電流模式APS范型的成像傳感器，其中，像素尋址(開(kāi)關(guān))晶體管被移到了像素外部，從而使得有效率地實(shí)現(xiàn)每像素兩個(gè)晶體管，并且有效地減少了像素的大小(間距)。此外，從像素消除開(kāi)關(guān)晶體管使得實(shí)現(xiàn)輸出光電流和光電二極管電壓之間的較高線(xiàn)性度。改善的線(xiàn)性度對(duì)于整個(gè)傳感器的空間變化具有直接影響，因此，降低了FPN系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器的特征在于偏置電路和像素陣列，其中，像素陣列中的每個(gè)像素包括光電二極管、重置晶體管和讀出晶體管，但沒(méi)有尋址開(kāi)關(guān)晶體管。重置晶體管控制光電二極管的操作和讀出晶體管的柵極電壓。每個(gè)讀出晶體管被配置成提供與光電二極管的電壓或電流輸出成比例的輸出，其中，在相同行或列中的每個(gè)像素的讀出晶體管的漏極被直接連接在一起，并且被連接至偏置電路，和/或在相同行或列中的每個(gè)像素的讀出晶體管的源極被直接連接在一起，并且連接至偏置電路。讀出晶體管的柵極經(jīng)由重置晶體管被連接至偏置電路，而來(lái)自偏置電路的電壓或電流被施加到讀出晶體管，以當(dāng)光電二極管的輸出被讀出時(shí)將讀出晶體管接通，以及當(dāng)光電二極管的輸出不被讀出時(shí)將讀出晶體管斷開(kāi)。公開(kāi)了若干實(shí)施例。在第一電流模式實(shí)施例中，將光電二極管連接在接地或適當(dāng)?shù)腄C電壓和重置晶體管的源極(或漏極)之間，并且將該重置晶體管的漏極(或源極)連接至重置電壓。將讀出晶體管的柵極連接至重置晶體管的源極。在該配置中，每像素被提供了2個(gè)晶體管。在行中的每個(gè)讀出晶體管的漏極在平行于行的方向上彼此連接，并且在列中的每個(gè)讀出晶體管的源極在垂直于行的方向上彼此連接，從而定義了x，y坐標(biāo)方向。在示例性配置中，為像素陣列的每行或列提供包括電流輸送器電路的偏置電路，并且將至電流輸送器的輸入線(xiàn)路銷(xiāo)連接至參考電壓。為了這一目的，電流輸送器電路可以包括操作放大器，該操作放大器被連接至在第一輸出處的參考電壓以及連接至在像素陣列的行中每個(gè)像素的讀出晶體管的連接的漏極的行或列。在成像陣列外的行或者列尋址開(kāi)關(guān)可以被連接至每個(gè)電流輸送器電路的輸出，用于選擇用于讀出的相應(yīng)行或列。另外，相關(guān)雙采樣單元可以被連接至每個(gè)尋址開(kāi)關(guān)，用于采樣并且存儲(chǔ)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)像素的輸入光電流。也可以提供列或行尋址開(kāi)關(guān)，它被連接至用于像素陣列的每列或行中的每個(gè)像素的讀出晶體管的連接的源極的每列或行。全局電流輸送器電路也可以被用于整個(gè)像素陣列，而非僅用于其每行。在第二電流模式實(shí)施例中，將在接地(或者適當(dāng)?shù)腄C電壓)和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管之間的光電二極管連接至重置晶體管的源極，并且將重置晶體管的漏極連接至重置電壓。在該實(shí)施例中，重置晶體管由像素陣列中的多個(gè)像素(例如，4)共享。在該實(shí)施例中，將讀出晶體管的柵極連接至重置晶體管的源極，并且讀出晶體管也被像素陣列中的多個(gè)像素共享。為了便于像素的尋址，用于像素的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管的斷開(kāi)將用于像素的光電二極管連接至讀出晶體管的柵極。而且，在行中的每個(gè)像素的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管被尋址開(kāi)關(guān)所控制，該尋址開(kāi)關(guān)將該行的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管選擇性地連接至電壓源，以便選擇包含轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管中的每個(gè)的像素。另外，將多個(gè)像素的重置晶體管的漏極連接至在像素陣列的公共行中的其他多個(gè)像素的重置晶體管，并且將所連接的重置晶體管的漏極選擇性地連接至偏置電路。在示例性配置中，將在像素列中的每個(gè)讀出晶體管的源極彼此連接或連接到接地，并且將在像素列中的每個(gè)讀出晶體管的漏極直接彼此連接或通過(guò)尋址開(kāi)關(guān)連接至偏置電路。在該每像素1.5晶體管的實(shí)施例中，偏置電路可以包括電流輸送器，該電流輸送器將至該電流輸送器的輸入線(xiàn)路銷(xiāo)連接到參考電壓；以及相關(guān)雙采樣單元，該相關(guān)雙采樣單元被連接至電流輸送器的輸出，用于采樣并存儲(chǔ)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)像素的輸入光電流。在本發(fā)明的成像傳感器的第三實(shí)施例中，考慮具有每像素1.5晶體管的電壓模式成像傳感器。在該實(shí)施例中，將像素列中的每個(gè)讀出晶體管的漏極直接彼此連接，并且連接至參考電壓。將像素列中的每個(gè)讀出晶體管的源極直接連接在一起，并且通過(guò)尋址開(kāi)關(guān)連接至偏置電路。在該實(shí)施例中，偏置電路可以包括偏置電流源。將電壓模式相關(guān)雙采樣單元通過(guò)尋址開(kāi)關(guān)連接至像素列中的讀出晶體管的源極?；谙挛膶?duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他可能示例性實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)。參考附圖，進(jìn)一步描述了根據(jù)本發(fā)明的成像傳感器，在附圖中圖1圖示了本發(fā)明的整個(gè)圖像傳感器架構(gòu)的像素示意圖和總視圖。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)晶體管圖像傳感器的時(shí)序圖。圖3圖示了用于本發(fā)明的兩個(gè)晶體管圖像傳感器的控制方案。圖4圖示了本發(fā)明的共享晶體管實(shí)施例的示意圖，由此四個(gè)相鄰像素共享讀出的晶體管，使得由1.5晶體管來(lái)表示每個(gè)像素。圖5圖示了用于圖4的1.5晶體管像素實(shí)施例的時(shí)序圖。圖6圖示了使用圖4的1.5像素拓?fù)涞碾娏髂Ｊ綀D像傳感器的替代實(shí)現(xiàn)。圖7圖示了使用圖4的1.5像素拓?fù)涞碾妷耗Ｊ綀D像傳感器的替代實(shí)現(xiàn)。圖8圖示了關(guān)于用于本發(fā)明示例性實(shí)施例的光電二極管累積的電壓所測(cè)量的線(xiàn)性電流輸出。圖9圖示了關(guān)于用于本發(fā)明示例性實(shí)施例的積分時(shí)間所測(cè)量的照片像素輸出的線(xiàn)性度。圖10圖示了關(guān)于用于本發(fā)明實(shí)施例的光電二極管累積的電壓所測(cè)量的線(xiàn)性電流。圖11圖示了來(lái)自本發(fā)明示例性實(shí)施例的樣本圖像或者未修正的圖像(a)和CDS噪聲消除之后的圖像(b)。具體實(shí)施例方式在下文關(guān)于圖1-11的描述中闡明了某些具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)于本發(fā)明各種實(shí)施例的透徹理解。然而，為了避免不必要地使本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例模糊，某些公知細(xì)節(jié)未在下文的公開(kāi)中闡明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，他們可以在沒(méi)有下文所描述的一個(gè)或多個(gè)細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明的其他實(shí)施例。而且，雖然已經(jīng)參考下文公開(kāi)中的步驟和順序描述了各種方法，但是說(shuō)明書(shū)意在提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的清楚實(shí)現(xiàn)，并且這些步驟和這些步驟的順序不應(yīng)被視為實(shí)施本發(fā)明所必需的。圖1呈現(xiàn)了用于每像素兩個(gè)晶體管的線(xiàn)性電流模式CMOS成像器的示例性實(shí)施例的像素示意的框圖。光像素10包括光電二極管P和兩個(gè)晶體管重置晶體管M0和跨導(dǎo)放大器禮。如此處所使用的，光電二極管被認(rèn)為在功能上等同于光電柵、針式光電二極管、光電晶體管或者對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何其他已知可比較的感測(cè)元件。每像素有五個(gè)線(xiàn)路連接讀出晶體管M1的漏極(12)和源極(14)線(xiàn)路、接地線(xiàn)路16、重置控制線(xiàn)路18和重置電壓線(xiàn)路20。用于圖1的實(shí)施例的關(guān)鍵尋址要求是，跨導(dǎo)放大器M1的漏極(12)和源極(14)線(xiàn)路必須被連接在彼此垂直的兩個(gè)共享總線(xiàn)之間垂直總線(xiàn)選擇有源列，而水平總線(xiàn)承載輸出電流。這種情形的原因是，僅將一個(gè)晶體管用于兩個(gè)尋址維度；因此，尋址線(xiàn)路必須垂直，以對(duì)應(yīng)于X，y軸。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，尋址方案也可以適于與極性坐標(biāo)(r，θ)—起使用。下文將針對(duì)圖4描述替代實(shí)施例，其中，垂直性要求可能是不嚴(yán)格的。在圖1中可以觀察到漏極線(xiàn)路12和源極線(xiàn)路14的正交性，其中，在行(列)中的所有M1晶體管將它們的漏極12(源極14)連接至水平(垂直)線(xiàn)路。該正交要求允許經(jīng)由在成像陣列中的所有像素的開(kāi)關(guān)晶體管M2來(lái)直接控制跨越讀出晶體管M1的漏極-源極(Vds)電壓降。因此，經(jīng)由晶體管M1的漏極-源極電壓來(lái)直接控制特定像素(多個(gè))的接入。如果像素應(yīng)當(dāng)被接通，則Vds被設(shè)置成非零值。相反，如果像素應(yīng)當(dāng)被斷開(kāi)，則Vds被設(shè)置成零，和/或晶體管M1的柵極-源極電壓Vgs被降低為低于閾值。為了理解像素的控制原則，接下來(lái)將討論與成像設(shè)備在同一芯片上或者放置在芯片外部用于設(shè)置讀取晶體管M1的漏極和源極電壓的偏置電路。在晶體管M1的漏極12處的電壓由在操作放大器22的正極端子處的參考電壓(Vref)來(lái)確定，并且將它設(shè)置成大約0.2V。操作放大器22經(jīng)由晶體管Μ3被連接在負(fù)反饋配置中，有效地實(shí)現(xiàn)了第二代電流輸送器電路24。電流輸送器電路可以在利用或不利用操作放大器22的情況下以多種方式實(shí)現(xiàn)偏置電路。而且，根據(jù)將讀出晶體管M1實(shí)現(xiàn)為PMOS或NM0S,電流輸送器電路24可以被連接至其源極或者漏極。而且，重置晶體管可以被實(shí)現(xiàn)為PMOS或NM0S。經(jīng)由晶體管M4提供電流輸送器24的輸出，晶體管M4復(fù)制從感興趣的光像素10提供的輸入電流。晶體管M3和M4均在飽和區(qū)域中操作，這確保輸入光電流的正確復(fù)制。出于簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在圖1中僅示出了晶體管禮和虬。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，使用規(guī)定的級(jí)聯(lián)方案，以便最小化信道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。電流輸送器24通過(guò)將行總線(xiàn)的輸入線(xiàn)路銷(xiāo)連接(pin)至固定電壓并且將像素電流傳遞至⑶S單元26，有效地遮蔽在漏極線(xiàn)路12上的寄生電容。因此，在讀出階段，讀出線(xiàn)路不需要被充電或放電，這導(dǎo)致較高的讀出速度(即，較高的幀率)。注意到，根據(jù)本發(fā)明，用于尋址像素的所有接入開(kāi)關(guān)物理地(或邏輯地)處于成像陣列外部，以便簡(jiǎn)化像素布局。這些接入開(kāi)關(guān)控制跨越讀出晶體管的電壓降或者讀出晶體管的電流輸出。通過(guò)使得跨越漏極和源極的電壓降變成零，和/或通過(guò)使得柵極至源極電壓低于閾值，使得未選擇的像素輸出電流為零。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，消除在每個(gè)像素中的地址晶體管導(dǎo)致更小的像素大小，并且因此導(dǎo)致更高的分辨率，因?yàn)楦嘞袼乜梢员辉O(shè)置在給定的硅面積中。此外，與常規(guī)APS像素不同，圖1的實(shí)施例的像素在電流域中操作。在圖2中呈現(xiàn)了用于操作圖1的圖像傳感器所需要的所有必需控制信號(hào)的時(shí)序圖。呈現(xiàn)了用于前兩行的前三個(gè)像素的時(shí)序控制信號(hào)。在積分時(shí)間的端部的特定像素的光電流被縮寫(xiě)為int，并且相同像素的重置電流被縮寫(xiě)為res。如圖所示，從所呈現(xiàn)的時(shí)序信號(hào)，容易地推測(cè)出用于整個(gè)成像陣列的控制信號(hào)的重置?？缭剿邢袼氐腗i晶體管的漏極電壓總是被設(shè)置為V&，無(wú)論這些像素是否處于接通或斷開(kāi)狀態(tài)。僅操控禮晶體管的源極電壓，以便接入像素。例如，如果在列1中的開(kāi)關(guān)晶體管M2被接通(參見(jiàn)圖2)，則對(duì)于x=1至N的被列舉為P(x，l)的像素的漏極電壓被連接到接地，其中，N是該列中的像素?cái)?shù)目(圖3中N=3)。跨越這些晶體管，建立了0.2V的Vds壓降，并且這些晶體管的各自電流在水平總線(xiàn)線(xiàn)路上被平行提供至列平行電流輸送器24。因此，圖3中的像素P(l，l)的輸出電流1(1，1)在漏極行1上流動(dòng)。類(lèi)似地，與列1的像素相對(duì)應(yīng)的其他電流I(2，1)、I(3，1)等在水平總線(xiàn)線(xiàn)路上流動(dòng)。在該實(shí)施例中，當(dāng)選擇了像素時(shí)，讀出晶體管Mi在線(xiàn)性區(qū)域中工作，用作跨導(dǎo)體。下一步驟是選擇像素的特定行。經(jīng)由通過(guò)圖2中的信號(hào)列1計(jì)時(shí)的垂直開(kāi)關(guān)晶體管M5來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這為行1接通了垂直地址開(kāi)關(guān)晶體管M5，而在行2至K中的地址開(kāi)關(guān)晶體管M5被斷開(kāi)，其中K是行的數(shù)目(在圖3中K=3)。因此，僅像素P(l，l)被接入，并且被允許將其輸出光電流提供至相關(guān)雙采樣單元(CDS)26。CDS單元26被實(shí)現(xiàn)為電流存儲(chǔ)單元，并且如圖3所示在積分的結(jié)尾采樣來(lái)自像素P(l，l)的累積的光電流。下一步驟是通過(guò)應(yīng)用重置1(圖2)接通列重置線(xiàn)路1來(lái)重置像素P(l，1)。在列1中的所有像素被平行地重置，并且來(lái)自像素P(l，l)的重置電流流過(guò)⑶S單元26。從⑶S單元26的最終輸出是像素P(1，1)的累積的光電流和重置光電流之間的差。接下來(lái)通過(guò)接通第二列的晶體管M2來(lái)讀出像素P(1，2)(參見(jiàn)圖2的時(shí)序圖)。一旦像素P(l，2)被接入，并且其累積的光電流被記憶在像素陣列10外部的相關(guān)雙采樣(⑶S)單元26中。⑶S單元26修正像素間的閾值變化，這種變化是固定模式模式噪聲(FPN)的主因。通過(guò)接通重置線(xiàn)路2來(lái)重置像素。通過(guò)將每行和列總線(xiàn)連接至VDD或者經(jīng)過(guò)用于像素陣列10中所有像素的像素陣列10外部的開(kāi)關(guān)接地。在任何時(shí)間，僅一個(gè)選擇的像素陣列10的列接地，而其余像素的漏極電勢(shì)連接到vDD。這確保跨越漏極和源極至所有未選擇的像素的讀出晶體管虬的零電壓降，迫使它們不向輸出線(xiàn)路輸出電流。像素陣列10外部的這些開(kāi)關(guān)優(yōu)選地被設(shè)計(jì)有高縱橫比，以便最小化跨越它們的電壓降。它們被移位寄存器(未示出)所控制，該移位寄存器掃描所有列，類(lèi)似于常規(guī)的列平行成像器。從圖2的時(shí)序圖中顯而易見(jiàn)的是，用于像素的最大積分時(shí)段是掃描一行所花費(fèi)的時(shí)間，因?yàn)椴捎脝我籆DS單元26和列平行重置。為了增加積分時(shí)段，應(yīng)當(dāng)使用行平行CDS單元26，或者應(yīng)當(dāng)使用具有全局⑶S單元的附加每像素重置晶體管。第一建議的方式是優(yōu)選的，以便以由于列平行接入所造成的更高功率消耗為代價(jià)最小化像素大小。為了斷開(kāi)一列(多列)像素，開(kāi)關(guān)晶體管M2被斷開(kāi)(圖2中的信號(hào)列2)。在圖3中，第二列被斷開(kāi)，并且在第二列中的晶體管虬的源極電壓是浮動(dòng)的，并且它將開(kāi)始從0V充電至大約(0.2V)，以便斷開(kāi)該像素(Vds=0)。對(duì)于小的成像陣列，用于充滿(mǎn)電源線(xiàn)路的時(shí)間可以快于最小像素掃描時(shí)間，并且在讀出期間它將不會(huì)造成問(wèn)題。對(duì)于大的成像陣列以及因此大的寄生電容，開(kāi)關(guān)晶體管M2應(yīng)當(dāng)被實(shí)現(xiàn)為差分開(kāi)關(guān)。該差分開(kāi)關(guān)應(yīng)當(dāng)將斷開(kāi)像素的源極連接至(0.2V)，以迫使Vds等于0V。在積分循環(huán)的結(jié)尾，光電二極管上的電壓可以被表示為Vph。t。，并且累積的光電流由等式(1)來(lái)表示W(wǎng)o:夂f[(「—。H/-f]⑴在等式⑴中，W/L是縱橫比，Vt是閾值電壓，并且Vref是跨越虬晶體管的漏極和源極端子的參考電壓。一旦累積的光電流在CDS單元26中的電流存儲(chǔ)器單元上被采樣，則通過(guò)接通M。晶體管來(lái)將該像素的光電二極管電壓設(shè)置成V_rt。重置的光電流由等式(2)來(lái)主一WC(2)從由等式(1)所表示的被記憶的光電流中減去由等式(2)表示的重置電流。從CDS單元26的最終電流輸出獨(dú)立于晶體管虬的電壓閾值(Vt)，并且它由等式(3)來(lái)表示Iu,=I—_=knj(K咖_、J⑶只要跨越Mi晶體管的Vds電壓在積分和重置期間保持恒定，則等式(3)成立。該假定僅在理想的開(kāi)關(guān)晶體管的情況下有效，其中，阻抗是零，并且使用理想的電流輸送器，其中，輸入電壓隨著輸入電流的變化是恒定的。如果由于空間要求而將開(kāi)關(guān)晶體管嵌入在像素內(nèi)，則通常使用最小尺寸的晶體管。因此，開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通電阻可能相當(dāng)大。例如，在0.5i!m工藝中的最小尺寸的晶體管可能具有2.5kQ的導(dǎo)通電阻。如果光電流和重置電流中的差是10yA，則晶體管虬的漏極電壓可以變化25mV。由于通常將兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管用于獨(dú)立像素接入，所以漏極電壓的變化可以增加至50mV。沿著漏極線(xiàn)路的變化將使輸出的線(xiàn)性和由等式(3)表示的⑶S修正的準(zhǔn)確性下降。在本發(fā)明的圖像傳感器中，最小化了由于沿著從晶體管禮至電流輸送器的輸出光電流的直接路徑的開(kāi)關(guān)所造成的電阻。在該設(shè)計(jì)中，僅將單一開(kāi)關(guān)與對(duì)于列平行電流輸送器24的直接輸入一起使用。由于開(kāi)關(guān)晶體管禮被放置在成像陣列的外部，所以可以使縱橫比很大，并且可以顯著降低導(dǎo)通電阻。例如，在18ym乘以18ym的面積中實(shí)現(xiàn)具有200的縱橫比的開(kāi)關(guān)晶體管^，并且實(shí)現(xiàn)了15Q的導(dǎo)通電阻。行平行電流輸送器24的輸入阻抗是10Q，并且晶體管Mi的漏極電壓變化從傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減少至22yV或者三個(gè)數(shù)量級(jí)。由于晶體管禮的導(dǎo)通電阻與電流輸送器24的輸入阻抗是可比較的，所以也可以實(shí)現(xiàn)像素外部的兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管(一個(gè)開(kāi)關(guān)用于水平尋址，另一開(kāi)關(guān)用于垂直尋址)和全局(芯片級(jí)別)電流輸送器。全局電流輸送器將減少功率消耗，因?yàn)閮H將一個(gè)像素將連接至輸出，并且12它還將緩解列FPN問(wèn)題。然而，全局電流輸送器還將需要單獨(dú)像素重置方案，并且它將用于每像素總共3個(gè)晶體管和一個(gè)附加控制線(xiàn)路的重置晶體管的數(shù)目增加成2。為了最優(yōu)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該考慮在速度、功率和像素大小之間折衷。在以上圖像傳感器架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)當(dāng)考慮兩個(gè)重要的二階效應(yīng)。第一個(gè)是在列平行電流輸送器24之間的輸入電壓失配。這些電壓變化將導(dǎo)致在不同列中的讀出晶體管虬的漏極電壓之間的變化，并且它將導(dǎo)致在讀出晶體管虬的漏極和源極之間的非零電壓。結(jié)果，可以同時(shí)接通跨越圖像傳感器的不同部分的各種像素。使用操作放大器偏移補(bǔ)償技術(shù)或者引入浮動(dòng)?xùn)艠O以單獨(dú)地校準(zhǔn)在列平行電流輸送器24上的參考電壓，可以緩解該效應(yīng)。該讀出方案的第二個(gè)缺點(diǎn)是在電流輸送器24中的晶體管禮和虬之間的失配。該失配將導(dǎo)致列之間的增益誤差，并且通過(guò)使用大的縱橫比晶體管，在本實(shí)現(xiàn)中將它們最小化。通過(guò)采用使用個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)在片上實(shí)現(xiàn)或者片外執(zhí)行的各種校準(zhǔn)方案，可以回避該增益誤差。這種片上校準(zhǔn)技術(shù)可以使用最小化行至行的變化的浮動(dòng)?xùn)艠O的組合，和/或調(diào)整各個(gè)電平以補(bǔ)償像素至像素的變化的專(zhuān)用存儲(chǔ)器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的組合。這兩種技術(shù)可能在片上實(shí)現(xiàn)。而且，由于尋址開(kāi)關(guān)禮和虬在像素陣列10外部，所以可以使得尋址開(kāi)關(guān)M2和M4更大，因此減少跨越它們的電壓降。包括每像素1.5晶體管的替代實(shí)施例一種允許減少每像素晶體管計(jì)數(shù)的有效方案是在像素的附近共享共用的晶體管，以生成“超像素”。圖4呈現(xiàn)了對(duì)于上文生成1.5晶體管電流模式圖像傳感器的2T像素實(shí)施例的擴(kuò)展，其中，在四個(gè)相鄰光電二極管之間共享重置晶體管(MJ和讀出晶體管(M5)。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管Mi至M4的引入允許4個(gè)光電二極管的各個(gè)接入，并且它將晶體管計(jì)數(shù)減少至每像素1.5。圖5中呈現(xiàn)了用于操作該像素的時(shí)序圖。1.5T像素的布置類(lèi)似于針對(duì)圖1描述的2T圖像傳感器，其中，圖1中的每個(gè)像素被圖4中呈現(xiàn)的“超像素”取代。一旦通過(guò)接通外圍中的列開(kāi)關(guān)晶體管接入了“超像素”，則通過(guò)向轉(zhuǎn)換線(xiàn)路Trl至Tr4加脈沖信號(hào)來(lái)順序接通四個(gè)轉(zhuǎn)換晶體管。因此，來(lái)自四個(gè)光電二極管的累積的光電流被記憶在四個(gè)不同⑶S單元26中。然后，像素被重置并且從⑶S單元26中減去重置電流。通過(guò)等式3來(lái)表示最后電流輸出，并且它們已經(jīng)消除了成像陣列中讀出晶體管虬的閾值電壓變化。在重置時(shí)段期間，接通了四個(gè)轉(zhuǎn)換晶體管，以便重置光電二極管。通過(guò)斷開(kāi)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管禮至虬，可以在不影響各個(gè)光電二極管的情況下經(jīng)由重置晶體管來(lái)控制讀出晶體管的柵極電壓。因此，讀出晶體管的柵極電壓可以被設(shè)置為低于閾值電壓，以便斷開(kāi)像素輸出。在該情形下，積分時(shí)段可以被延長(zhǎng)至幀時(shí)間。因此，該實(shí)施例采用像素的讀出晶體管的偏置電壓的操控，以尋址各個(gè)像素。而且，較之先前技術(shù)的成像設(shè)備，地址晶體管的去除允許更高的線(xiàn)性度(linearity)以及更好的噪聲性能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，對(duì)于漏極線(xiàn)路12和源極線(xiàn)路14的正交性要求在該實(shí)施例中可以是不嚴(yán)格的，因?yàn)楦郊愚D(zhuǎn)換柵極晶體管可以用作額外的尋址開(kāi)關(guān)。通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管Trl至Tr4的柵極完成了各個(gè)光電二極管的尋址。換言之，在不要求漏極線(xiàn)路和源極線(xiàn)路彼此正交的條件下，可以實(shí)現(xiàn)x，y尋址(參見(jiàn)，例如，下文圖6和7中的實(shí)施例)。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，正交性原則應(yīng)用于控制轉(zhuǎn)換晶體管Trl等的柵極和讀出晶體管風(fēng)的源極/漏極的線(xiàn)路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將理解的是，用于該實(shí)施例的每像素更低數(shù)目的晶體管還允許每給定硅面積的更高分辨率和更多像素。而且，在該實(shí)施例中，如在圖1的實(shí)施例中，在給定列或行中的所有漏極彼此直接連接(即，沒(méi)有通過(guò)尋址開(kāi)關(guān))，和/或在給定行或列中的所有源極直接彼此連接。具有全局CDS單元的圖像傳感器圖6中示出了使用圖4中呈現(xiàn)的1.5晶體管像素拓?fù)涞碾娏髂Ｊ綀D像傳感器的替代實(shí)現(xiàn)。在該實(shí)現(xiàn)中，使用全局電流輸送器28和全局CDS單元30，而非行平行電流輸送器24和⑶S單元26。在成像傳感器中使用單一⑶S單元30的益處加倍。第一，由于僅單一像素將其電流值輸出到全局CDS單元30，所以降低了功率消耗。第二，由于全局電流輸送器28實(shí)現(xiàn)而使得消除了列基FPN。電流輸送器28的負(fù)載電容在該實(shí)施例中大得多，并且讀出速度高于圖4的實(shí)施例中的讀出速度。由于像素由四個(gè)光電二極管構(gòu)成，經(jīng)由轉(zhuǎn)換柵極分別接入這四個(gè)光電二極管，所以每像素的總晶體管計(jì)數(shù)是1.5個(gè)晶體管。該圖像傳感器的操作模式非常類(lèi)似于圖2和圖5中呈現(xiàn)的時(shí)序圖。在轉(zhuǎn)換柵極(例如Tri-Tr4)上的附加控制信號(hào)允許沒(méi)有讀出的像素具有等于0伏的柵極電壓。對(duì)于這些像素，不但源極至漏極電壓大約為零，而且柵極電壓也等于零伏。圖6中呈現(xiàn)的電流模式圖像傳感器也可以在如圖7所示的電壓模式域中實(shí)現(xiàn)。在該架構(gòu)中，將所有像素的讀出晶體管禮的漏極電壓連接至Vdd電勢(shì)，并且將源極端子經(jīng)由在成像陣列外圍處的開(kāi)關(guān)晶體管連接至偏置電路，諸如全局電流源(Ibias)。由于將地址/開(kāi)關(guān)晶體管移到像素外部，所以經(jīng)由操控柵極電壓來(lái)控制像素的輸出。為了斷開(kāi)一行或多行像素，經(jīng)由重置晶體管將讀出晶體管(M5)的柵極電壓設(shè)置為低于閾值電壓。這確保在晶體管M5的柵極下面沒(méi)有形成溝道。此外，被斷開(kāi)的像素的列的源極線(xiàn)路是浮動(dòng)的并且它將充電至Vdd電勢(shì)。差分開(kāi)關(guān)可以被實(shí)現(xiàn)，以便將斷開(kāi)像素的源極設(shè)置為Vdd電勢(shì)。這將進(jìn)一步最小化可能在讀出線(xiàn)路上出現(xiàn)的任何子閾值泄漏電流。通過(guò)將這些像素的源極經(jīng)由在該陣列的底部的開(kāi)關(guān)晶體管連接至電流源Ibias，接通了一列像素。通過(guò)接通轉(zhuǎn)換晶體管⑶工至虬)并且有效地將積累的光電二極管電壓轉(zhuǎn)換到晶體管禮的柵極，接入在給定列中的感興趣像素。由于晶體管禮在源極跟隨器配置中操作，所以晶體管的源極跟蹤晶體管禮的柵極。電壓模式⑶S單元32采樣累積的光電二極管電壓，并且將它從參考重置電壓中減去。因此，在CDS單元32有效消除了偏移變化。圖像傳感器測(cè)量已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)的1聚乙烯3金屬CMOS0.5um工藝中制作了具有50乘以128像素的原型圖像傳感器。在圖8中，測(cè)量了關(guān)于時(shí)間(即，累積的光電二極管電壓)的來(lái)自像素的測(cè)量輸出光電流的線(xiàn)性度。對(duì)于大約100iisec，在1.8msec處重置了像素。重置電流是3.6yA，并且通過(guò)改變?cè)趫D1中的重置電壓V_6t或者晶體管虬的漏電壓Vref可以操控重置電流。當(dāng)斷開(kāi)重置晶體管禮時(shí)，在光電二極管節(jié)點(diǎn)的電荷注入被引入，并且在圖8中觀測(cè)它們。通過(guò)使用最小寬度的重置晶體管，這些電荷注入已經(jīng)被最小化。在圖8和圖9中，觀測(cè)到輸出光電流和光電二極管電壓(即，時(shí)間)之間的線(xiàn)性關(guān)系。圖9呈現(xiàn)了在33msec積分時(shí)段期間隨著光電二極管放電1.IV光像素關(guān)于時(shí)間的線(xiàn)性度。利用其范圍被設(shè)置為1.1V(S卩，將ADC設(shè)置成匹配輸出光電流的范圍)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，片外地?cái)?shù)字化線(xiàn)性輸出光電流。左側(cè)的縱軸呈現(xiàn)了芯片外呈現(xiàn)的最終光電流。右側(cè)的縱軸呈現(xiàn)了被計(jì)算為從線(xiàn)性擬合(即，殘差)至飽和值的偏差率的非線(xiàn)性度。在整個(gè)積分時(shí)段期間，輸出光電流的線(xiàn)性度在99.5%之內(nèi)。弱非線(xiàn)性度可能是由于光電二極管電壓的非線(xiàn)性放電、關(guān)于柵極電壓(即，光電二極管電壓)的像素中讀出晶體管的移動(dòng)性衰降，和/或由于開(kāi)關(guān)晶體管的有限電阻和電流輸送器的有限電阻所導(dǎo)致的跨越讀出晶體管的非恒定Vds電壓。輸出光電流的改善的線(xiàn)性度對(duì)于固定模式噪聲系數(shù)具有直接影響。在圖10中呈現(xiàn)了示例性圖像傳感器的FPN測(cè)量。圖像傳感器被lmW/cm2光強(qiáng)度均勻地照亮，并且光電二極管的積分時(shí)間在1msec和33msec之間變化。當(dāng)傳感器的積分時(shí)間為1msec時(shí)，測(cè)量的最差情形的未修正FPN為飽和值的2.5%每行，并且對(duì)于整個(gè)圖像為3.2%。對(duì)于33msec的積分時(shí)間，未修正FPN改進(jìn)為飽和值的2.3%每行，并且對(duì)于整個(gè)圖像為2.7%。對(duì)于較短積分時(shí)間，F(xiàn)PN系數(shù)較大，這是由于偏移輸入電壓以及在電流輸送器中的晶體管禮和虬的失配。這些因素均在列之間產(chǎn)生了增益誤差。對(duì)于長(zhǎng)的積分時(shí)間，較之短的積分時(shí)間，來(lái)自像素的輸出電流較低。因此，對(duì)于較小的流(即，對(duì)于較長(zhǎng)積分時(shí)間)，增益變化較不明顯。當(dāng)在輸出光電流上執(zhí)行⑶S時(shí)，對(duì)于33msec的積分時(shí)間，F(xiàn)PN系數(shù)下降為飽和值的0.4%每行，并且對(duì)于整個(gè)圖像為0.6%。對(duì)于較長(zhǎng)積分時(shí)間，F(xiàn)PN系數(shù)更大，這主要是由于在重置和積分階段期間電流輸送器的輸入節(jié)點(diǎn)的電壓變化。對(duì)于較長(zhǎng)積分時(shí)間，重置和累積的光電流之間的差異大(在圖8中觀測(cè)到大約3yA)，并且跨越電流輸送器的輸入節(jié)點(diǎn)的電壓差(大約36yV)將在最后輸出電流中引入誤差。對(duì)于小的積分時(shí)間，電流輸送器的輸入節(jié)點(diǎn)實(shí)質(zhì)上保持恒定，因?yàn)橹刂煤屠鄯e的光電流之間的差非常小。因此，CDS單元有效地抵消了各個(gè)晶體管之間的閾值變化。圖11示出了從傳感器記錄的樣本圖像。圖11中的圖像(a)呈現(xiàn)了沒(méi)有任何噪聲抑制的原始圖像。在這些圖像中，觀測(cè)到跨越整個(gè)圖像的大的變化以及列變化。圖11中的圖像(b)呈現(xiàn)了CDS噪聲抑制之后的結(jié)果圖像。在噪聲已修正的圖像中，我們?nèi)匀豢梢杂^測(cè)到列基FPN。在單一列中的像素之間的變化在噪聲已修正的圖像中較為不明顯。低FPN系數(shù)與輸出光電流的改善的線(xiàn)性度密切相關(guān)。測(cè)量的圖像傳感器的輸入?yún)⒖荚肼暈?.5mV,并且信噪比(SNR)為43.3dB?？偨Y(jié)此處描述的圖像傳感器實(shí)施例的特征在于尋址開(kāi)關(guān)被移到像素陣列10外部，并且通過(guò)將適當(dāng)?shù)钠秒妷簭南袼仃嚵型獠渴┘拥阶x出晶體管，以在用于讀出的適當(dāng)時(shí)間接通或斷開(kāi)讀出晶體管，由讀出晶體管執(zhí)行在像素中的地址開(kāi)關(guān)的功能。當(dāng)讀出晶體管的柵極-源極電壓Vgs大于閾值并且漏極-源極電壓vds大于零時(shí)，可以接通讀出晶體管。當(dāng)vgs小于閾值或vds=0時(shí)，可以斷開(kāi)讀出晶體管。表3總結(jié)了在圖8-11中呈現(xiàn)了其數(shù)據(jù)的兩個(gè)示例性晶體管圖像傳感器。最大掃描速率被虛擬接地電路限定為50MHz。使用50x128(1000x1000)像素陣列，可以實(shí)現(xiàn)每秒25k(41)幀的幀率。飽和值的0.4%的低固定模式噪聲比得上電壓模式APS，并且該圖像傳感器可以被用作用于許多電流模式計(jì)算圖像傳感器的前端。該5mW系統(tǒng)的低功率消耗是電流模式成像系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)0.5umNwellCMOS晶體管數(shù)目25K陣列大小50x128像素大小(填充因子)18umxl8um(36%)15<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表3雖然已經(jīng)結(jié)合各個(gè)附圖的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的情況下，為了執(zhí)行本發(fā)明的相同功能，可以使用其他類(lèi)似實(shí)施例，或者可以對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修改和添加。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，此處所描述的成像傳感器實(shí)施例可以用于高分辨率成像，或者作為用于其他圖像處理應(yīng)用的前端，諸如偏振計(jì)圖像的片上提取、形狀提取或運(yùn)動(dòng)檢測(cè)圖像等。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，存在多種方式將每個(gè)像素中的光電二極管連接至重置晶體管并且讀出。這些晶體管可以是NM0S.PM0S或任何其他組合。因此，此處所使用的漏極、源極、接地和VDD術(shù)語(yǔ)可以根據(jù)配置而互換。類(lèi)似地，在不改變本發(fā)明的原則的情況下，此處可以參考對(duì)于行或列的引用。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于任何單一實(shí)施例，而應(yīng)在根據(jù)權(quán)利要求的寬度和范圍內(nèi)解釋本發(fā)明。權(quán)利要求一種圖像傳感器，包括偏置電路；以及像素陣列，在所述像素陣列中的每個(gè)像素包括光電二極管、重置晶體管和讀出晶體管，其中，所述重置晶體管控制所述光電二極管的操作以及所述讀出晶體管的柵極電壓，并且其中，所述讀出晶體管被構(gòu)造成提供與所述光電二極管的電壓或電流輸出成比例的輸出，其中，在相同行或列中的每個(gè)像素的讀出晶體管的漏極被直接連接在一起并且被連接至所述偏置電路，和/或在相同行或列中的每個(gè)像素的讀出晶體管的源極被直接連接在一起并且被連接至所述偏置電路，所述讀出晶體管的所述柵極通過(guò)所述重置晶體管連接至所述偏置電路，其中，來(lái)自所述偏置電路的電壓或電流被施加到所述讀出晶體管，使得當(dāng)所述光電二極管的輸出要被讀出時(shí)接通所述讀出晶體管，并且當(dāng)所述光電二極管的輸出不被讀出時(shí)斷開(kāi)所述讀出晶體管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，所述光電二極管被連接在接地或預(yù)定電壓與所述重置晶體管的源極之間，并且所述重置晶體管的漏極被連接至重置電壓，或者所述光電二極管被連接在電壓參考與所述重置晶體管的漏極之間，并且所述重置晶體管的源極被連接至所述重置電壓。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中，所述讀出晶體管的柵極被連接至所述重置晶體管的所述源極。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中，在行中的每個(gè)讀出晶體管的所述漏極沿平行于所述行的方向彼此直接連接，并且在列中的每個(gè)讀出晶體管的源極沿垂直于所述行的方向彼此直接連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，所述偏置電路包括用于所述像素陣列的每行或列的電流輸送器電路，所述電流輸送器電路把其輸入線(xiàn)路銷(xiāo)連接至參考電壓。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中，每個(gè)電流輸送器電路包括操作放大器，所述操作放大器連接至在第一輸入處的所述參考電壓，并且被連接至用于所述像素陣列的行或列中的每個(gè)像素的讀出晶體管的被連接的漏極或源極的所述行或列。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括行或列尋址開(kāi)關(guān)，所述行或列尋址開(kāi)關(guān)被連接至每個(gè)電流輸送器電路的輸出，用于選擇用于讀出的相應(yīng)行或列。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括相關(guān)雙采樣單元，所述相關(guān)雙采樣單元被連接至每個(gè)所述尋址開(kāi)關(guān)，用于采樣和存儲(chǔ)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)所述像素的輸入光電流。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括列或行尋址開(kāi)關(guān)，所述列或行尋址開(kāi)關(guān)被連接至用于所述像素陣列的每個(gè)列或行中每個(gè)像素的讀出晶體管的被連接的源極或漏極的每列或行。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，所述偏置電路包括用于所述像素陣列的全局電流輸送器電路，所述電流輸送器電路把其輸入線(xiàn)路銷(xiāo)連接至參考電壓。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，所述光電二極管被連接在接地或預(yù)定電壓與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管之間，被連接至所述重置晶體管的源極或漏極，其中，所述重置晶體管的漏極或源極被連接至重置電壓，并且所述重置晶體管由在所述像素陣列中的多個(gè)像素共享。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其中，所述讀出晶體管的柵極被連接至所述重置晶體管的所述源極或者漏極，并且所述讀出晶體管由所述像素陣列中的所述多個(gè)像素共享，其中，適當(dāng)?shù)仄糜糜谙袼氐乃鲛D(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管的所述柵極把用于所述像素的所述光電二極管連接至所述讀出晶體管的柵極。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像傳感器，其中，所述多個(gè)像素是4，由此每個(gè)像素使用等同的1.5個(gè)晶體管。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其中，在行或列中的每個(gè)像素的所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管的柵極由所述像素陣列外部的尋址開(kāi)關(guān)1來(lái)控制，所述尋址開(kāi)關(guān)選擇性地把所述行或列的所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管連接至所述偏置電路，以便選擇包含每個(gè)所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)晶體管的像素。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像傳感器，其中，所述多個(gè)像素的重置晶體管的漏極或源極被連接至所述像素陣列的共同行或列中的其他多個(gè)像素的重置晶體管，所述被連接的重置晶體管的所述漏極或源極進(jìn)一步選擇性地被連接至所述偏置電路。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像傳感器，其中，在像素列或行中的每個(gè)讀出晶體管的所述源極或漏極彼此連接并連接至接地或適當(dāng)?shù)碾妷?，并且在所述像素列或行中的每個(gè)讀出晶體管的漏極或源極彼此直接連接并通過(guò)尋址開(kāi)關(guān)連接至所述偏置電路。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，其中，所述偏置電路包括電流輸送器，所述電流輸送器將其輸入線(xiàn)路銷(xiāo)連接至參考電壓。18.根據(jù)權(quán)利要求17的所述圖像傳感器，進(jìn)一步包括相關(guān)雙采樣單元，所述相關(guān)雙采樣單元被連接至所述電流輸送器的輸出，以采樣和存儲(chǔ)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)所述像素的輸入光電流。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像傳感器，其中，在像素列或行中的每個(gè)讀出晶體管的所述漏極彼此直接連接并連接至參考電壓，并且所述像素列或行中的每個(gè)讀出晶體管的源極通過(guò)尋址開(kāi)關(guān)被連接至所述偏置電路。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像傳感器，其中，所述偏置電路包括偏置電流源。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括電壓模式相關(guān)雙采樣單元，所述電壓模式相關(guān)雙采樣單元通過(guò)所述尋址開(kāi)關(guān)被連接至所述像素列或行中的所述讀出晶體管的所述源極。全文摘要提供了一種用于高分辨率成像的電壓和電流模式有源像素傳感器。光像素由光電二極管和兩個(gè)晶體管即重置晶體管和跨導(dǎo)放大器晶體管構(gòu)成。開(kāi)關(guān)晶體管被移到像素外部，使得實(shí)現(xiàn)較低的像素間距并且改善輸出光電流的線(xiàn)性度。通過(guò)在光電二極管和重置晶體管的源極以及讀出晶體管的柵極之間引入轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，在相鄰像素之間還可以共享重置和放大器(讀出)晶體管。在像素外部的開(kāi)關(guān)晶體管向讀出晶體管提供偏置電壓或電流，使得當(dāng)期望相應(yīng)的光電二極管讀出時(shí)將它們選擇性地接通，并且當(dāng)相應(yīng)光電二極管不被讀出時(shí)斷開(kāi)讀出晶體管。文檔編號(hào)H04N5/376GK101803368SQ200880023792公開(kāi)日2010年8月11日申請(qǐng)日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日發(fā)明者楊征,維克托·格魯耶夫,讓·范德施皮格爾申請(qǐng)人:賓夕法尼亞大學(xué)理事會(huì)