[發(fā)明專利]有源像素圖像傳感器的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780007410.0
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN108605103B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·馬耶爾;F·巴爾比耶;S·熱塞
• 申請（專利權(quán)）人: 特利丹E2V半導(dǎo)體簡化股份公司
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/3745
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

在包括光電二極管Dp、記憶節(jié)點MN和讀出節(jié)點SN的有源像素傳感器中，設(shè)置記憶節(jié)點以便在積分時期的終點容納由光電二極管產(chǎn)生的電荷，從而能夠進行全局快門模式的積分以及相關(guān)雙采樣讀出，在每個積分時期中，進行至少一次從光電二極管至記憶節(jié)點的電荷的轉(zhuǎn)移(A)，隨后在積分時期的起點之后，但在積分時期的終點的至記憶節(jié)點的電荷的最后一次轉(zhuǎn)移(C)之前，在中間時刻t₁對記憶節(jié)點中容納的電荷的量進行限幅(B)。隨后通過相關(guān)雙采樣CDS逐行讀出像素。在積分時期期間的伴有在記憶節(jié)點的限幅的一次或多次中間轉(zhuǎn)移能夠使傳感器的動態(tài)范圍延伸至高亮度環(huán)境，同時在低亮度環(huán)境中保持良好的敏感度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于使用MOS技術(shù)的有源像素而工作的電子圖像傳感器。更準確地說，本發(fā)明涉及用于控制構(gòu)成有源像素的各個晶體管的方法。

背景技術(shù)

有源像素通常包括光電二極管以及多個MOS晶體管，所述光電二極管將接收的光子轉(zhuǎn)化為電荷，所述MOS晶體管允許控制該電荷的讀出以及其至電壓的轉(zhuǎn)換。在矩陣陣列式傳感器中，對像素的行進行獨立的編址，并且由像素輸出的電壓應(yīng)用至共用于給定的列的像素的列導(dǎo)體。在列的底部的讀出電路使得能夠?qū)τ诿總€編址的像素的行采樣列上存在的電壓。采樣儲存在讀出電路的電容器中。隨后通過模數(shù)轉(zhuǎn)化器(例如每個像素列一個轉(zhuǎn)化器)將采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式。

使用光電二極管的有源像素通常包括至少四個晶體管：轉(zhuǎn)移晶體管，其用于將電荷從光電二極管轉(zhuǎn)移至被稱為讀出節(jié)點的部分，其為電容式電荷儲存節(jié)點；讀出晶體管，其以電壓跟隨器的配置而連接，并且其柵極連接至讀出節(jié)點從而使其源極達到代表該節(jié)點的電壓的電壓；行選擇晶體管，其受到行導(dǎo)體控制，以選擇像素的完整一行，該選擇晶體管使得像素的跟隨晶體管的輸出能夠連接至對應(yīng)的列導(dǎo)體，并因此連接至列底部的讀出電路；以及重置晶體管，其使得讀出節(jié)點的電勢能夠重置為參考值。

該有源像素結(jié)構(gòu)能夠使用被稱為全局快門技術(shù)的技術(shù)來拍攝圖像：在所有像素共用的積分時期內(nèi)，所有像素積分由光產(chǎn)生的電荷。隨后逐行相繼讀出像素。與被稱為卷簾快門技術(shù)的積分技術(shù)相比，該拍攝技術(shù)是有利的，特別是因為其能夠在拍攝移動物體的圖像時避免失真效應(yīng)。

在共用積分階段中的像素控制順序如下：

-在初始化控制脈沖期間，迫使電荷離開所有光電二極管。脈沖的終點設(shè)定光電二極管的積分時期的起點：它們可以再次累積在它們所暴露至的光的作用下產(chǎn)生的電荷。這可以通過在初始化脈沖期間同時接通讀出節(jié)點的轉(zhuǎn)移晶體管和重置晶體管而實現(xiàn)，電荷隨后經(jīng)由重置晶體管的漏極移除。然而，通常優(yōu)選使用特定的第五晶體管來重置光電二極管，其源極連接至像素的光電二極管，電荷經(jīng)由該晶體管的漏極移除。

-在控制脈沖施加至所有轉(zhuǎn)移晶體管的柵極時，所有轉(zhuǎn)移晶體管同時接通：從當前積分時間的起點開始由每個光電二極管累積的電荷轉(zhuǎn)移至相關(guān)的讀出節(jié)點。該轉(zhuǎn)移控制脈沖的終點設(shè)定所有像素的積分時期的終點。

在每個積分時期后，可以開始讀出像素的階段。逐行相繼讀出像素。對于一行中的每個像素，在選擇控制脈沖期間，像素的選擇晶體管接通，并且在這期間：

-將施加至列導(dǎo)體的信號電平采樣至像素的列的底部的讀出電路中；隨后

-在重置控制脈沖期間接通讀出節(jié)點的初始化晶體管，并且施加至列導(dǎo)體的參考電平采樣至讀出電路中。