[發明專利]集成電路圖像傳感器以及在其中操作的方法

有效

• 申請號: 201380052410.4
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN104704812B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: T·沃吉爾桑;M·吉達什;薛松;J·E·哈里斯
• 申請（專利權）人: 拉姆伯斯公司
• 主分類號: H04N5/3745
• 分類號: H04N5/3745;H04N5/355;H04N5/378
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 酆迅

在圖像傳感器系統內實施一種具有多位采樣的圖像傳感器架構。響應于在光敏元件上入射的光而產生的像素信號被轉換成表示像素信號的多位數字值。如果像素信號超過采樣門限，則重置光敏元件。在圖像捕獲時段期間，與超過采樣門限的像素信號關聯的數字值被累加成圖像數據。

技術領域

本公開內容涉及電子圖像傳感器領域，并且更具體地涉及用于在這樣的圖像傳感器中使用的采樣架構。

背景技術

諸如CMOS或者CCD傳感器之類的數字圖像傳感器包括多個光敏元件(“光傳感器”)，每個光敏元件被配置為將在光傳感器上入射的光子(“捕獲的光”)轉換成電荷。電荷然后可以被轉換成表示每個光傳感器捕獲的光的圖像數據。圖像數據包括捕獲的光的數字表示，并且可以被操縱或者處理以產生有能力在查看設備上顯示的數字圖像。圖像傳感器被實施在具有物理表面的集成電路(“IC”)中，該物理表面可以被劃分成配置為將光轉換成電信號(電荷、電壓、電流等)的多個像素區域(例如一個或者多個光傳感器和附帶控制電路)。為了方便，在圖像傳感器內的像素區域還可以稱為圖像像素(“IP”)，并且像素區域或者圖像像素的聚合將稱為圖像傳感器區域。圖像傳感器IC通常還將包括在圖像傳感器區域以外的區域，例如某些類型的控制、采樣或者接口電路。多數CMOS圖像傳感器包含用于將像素電信號轉換成數字圖像數據的A/D(模數)電路。A/D電路可以是位于圖像傳感器區域內或者位于圖像傳感器區域的外圍處的一個或者多個ADC(模數轉換器)。

附圖說明

在附圖的各圖中通過示例的方式而不是通過限制的方式來舉例說明本文中公開的各種實施例，并且在附圖中，同樣的附圖標記指代相似元件，并且在附圖中：

圖1圖示根據一個實施例的圖像傳感器的部分的橫截面；

圖2圖示根據例如在圖1的布局中有用的一個實施例的具有多個像素信號門限的模擬像素圖像傳感器的部分陣列電路；

圖3圖示根據例如利用圖1和2的實施例而有用的一個實施例的配置為將像素信號轉換成多位數字轉換的示例圖像傳感器讀取電路；

圖4圖示根據使用例如圖1的橫截面以及圖2和3的電路的一個實施例的具有多位架構的圖像傳感器系統的示例電路框圖實施例；

圖5圖示根據使用例如圖1的橫截面以及圖2和3的電路的一個實施例的具有位于IP陣列外圍的讀取電路陣列的圖像傳感器系統架構的另一示例電路框圖；

圖6a圖示根據使用例如圖2的陣列電路的一個實施例的作為圖4和5的備選的示例兩層圖像傳感器系統架構中的像素陣列IC的俯視圖；

圖6b圖示根據使用例如圖3的讀取電路的一個實施例的作為圖4和5的備選的示例兩層圖像傳感器系統架構中的預處理器IC的俯視圖；

圖6c圖示根據一個實施例的示例兩層圖像傳感器系統架構中的圖6a的像素陣列IC和圖6b的預處理器IC的部分橫截面；

圖7圖示根據一個實施例的諸如圖3的讀取電路之類的圖像傳感器讀取電路的操作；

圖8圖示根據利用本文中描述的系統而有用的一個實施例的圖像捕獲系統中的數據流動；

圖9圖示根據一個實施例的用于由諸如圖3的讀取電路之類的圖像傳感器讀取電路使用的各種時間采樣策略；

圖10圖示修改的4晶體管像素的實施例，其中執行非破壞性過門限檢測操作以與相關的雙采樣結合實現有條件重置操作；

圖11是圖示在圖10的漸進讀出像素內的示例性像素周期的定時圖；

圖12和13在圖10的光電二極管、傳輸門和浮置擴散的對應示意橫截面圖下方圖示用于它們的示例性靜電電勢圖；

圖14圖示具有漸進讀出像素陣列的圖像傳感器300的實施例；