[發明專利]具有可選擇裝倉的CMOS圖像傳感器像素

無效

• 申請號: 200680019101.7
• 申請日: 2006-05-26
• 公開（公告）號: CN101213829A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: R·M·圭達什
• 申請（專利權）人: 伊斯曼柯達公司
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;王忠忠

技術領域

本發明一般涉及圖像傳感器領域，特別地，涉及具有可以選擇性地組合電荷電壓轉換區的像素的圖像傳感器。

背景技術

現有技術的CMOS有源像素傳感器的像素體系結構如圖1，2和3中所示。參照圖1，這個四晶體管像素具有光探測器n-PD和在每個像素中都有的電荷電壓轉換區n⁺。這種體系結構提供了一些優勢。第一個優勢是通過把電荷電壓轉換區n⁺用作存儲區的全幀快門(global?shutter)操作。第二個優勢是像素對稱。每個像素都是相同的，這為每個像素都提供了一樣的光響應。這種像素體系結構也具有劣勢，第一個劣勢是對于大像素尺寸，電荷電壓轉換區的電容太小而不能保持在光探測器中累積的所有電荷，第二個劣勢是缺少像素內電荷域裝倉。

圖2所示的像素解決了第一個劣勢，通過在每個像素中引入附加容量C_add增大了電荷電壓轉換區電容。雖然這解決了電荷電壓轉換區的電容問題，而且可以提供更為線性的輸出響應，但是其具有由于像素中分配給附加電容C_add的區域而造成像素的填充因子減小的劣勢。減小的填充因子對像素的充電容量和動態范圍有著不利影響。

圖3所示的像素通過在相鄰像素之間共享電荷電壓轉換n⁺而解決了電荷域裝倉能力不足、電荷電壓區電容低以及填充因子低的劣勢。這種像素體系結構具有其他劣勢。第一個劣勢是像素對稱。每個像素不是一樣的，而且這可以導致在光響應上的系統差別，引起可能降低圖像質量的固定圖象噪聲。第二個劣勢是全幀快門能力的不足。因為電荷電壓轉換區是相鄰像素共享，所以不能被用作電荷存儲區域以隔離單個光探測器捕獲的信號。

因此，需要一個可以克服上述缺點的圖像傳感器。

發明內容

本發明旨在克服前述問題的一個或多個。簡括之，根據本發明的一個方面，本發明在于包括多個像素的圖像傳感器，至少兩個像素分別包括：(a)光探測器；(b)電荷電壓轉換區；(c)到放大器的輸入；和選擇性地連接電荷電壓轉換區的開關。

通過閱讀以下優選實施例的詳細說明和所附權利要求書并參照附圖，會更清晰地理解和認識本發明的這些和其它方面、目的、特征及優點。

本發明公開了一種具有以下優勢的CMOS有源像素：(a)具有全幀快門的單個四晶體管操作；(b)通過鄰近像素中部件的使用產生的可選擇轉換增益；(c)在垂直或水平方向上的可選擇電荷域裝倉(charge?domain?binning)；(d)對減小分辨率讀出的更高數據率；和(e)由于所有像素都一樣的像素對稱。

附圖說明

圖1是現有技術的有源像素圖像傳感器的像素；

圖2是現有技術的具有用于浮置擴散的增大的電容的浮置圖像傳感器像素；

圖3是現有技術的具有共享放大器的圖像傳感器像素；

圖4是本發明第一實施例的示意圖，其示出了通過在垂直方向上的電荷電壓轉換區的選擇性連接來提供可編程轉換增益和裝倉的五晶體管像素；

圖5是本發明第二實施例的示意圖，其示出了通過在垂直和水平方向上的電荷電壓轉換區的選擇性連接來提供可編程轉換增益和裝倉的五晶體管像素；

圖6是圖1在沒有電荷電壓轉換區連接在一起的情況下的時序圖；

圖7是圖1在兩個相鄰電荷電壓轉換區連接在一起的情況下的時序圖；

圖8是圖1在三個電荷電壓轉換區連接在一起的情況下的時序圖；

圖9是本發明第三實施例的示意圖，其示出了通過光探測器的選擇性連接來提供可編程轉換增益和裝倉的四晶體管像素，該光探測器也可以用作垂直方向上的電荷電壓轉換區；

圖10是本發明第四實施例的示意圖，其示出了通過光探測器的選擇性連接來提供可編程轉換增益和裝倉的四晶體管像素，該光探測器也可以用作垂直和水平方向上的電荷電壓轉換區；

圖11是本發明第五實施例的示意圖，其示出了通過在垂直方向上的具有相同濾色器的像素的電荷電壓轉換區的選擇性連接而提供可編程轉換增益和裝倉的五晶體管像素；

圖12是本發明第五實施例的示意圖，其示出了通過在垂直和水平方向上的具有相同濾色器的像素的電荷電壓轉換區的選擇性連接而提供可編程轉換增益和裝倉的六晶體管像素；

圖13是本發明第六實施例的示意圖，其示出了通過在垂直和水平方向上具有相同濾色器的像素的用作電荷電壓轉換區的光探測器的選擇性連接來提供可編程轉換增益和裝倉的五晶體管像素；