[發明專利]CMOS圖像傳感器及其中以像素為單位執行的自動曝光方法

在審

• 申請號: 202010189069.9
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN112087585A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 秋明來;徐珉雄
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H04N5/378
• 分類號: H04N5/378;H04N5/355;H04N5/235
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李敬文

一種互補金屬氧化物(CMOS)圖像傳感器CIS包括：多個像素，以二維(2D)陣列布置，并且各自包括光電二極管；多個模數轉換器(ADC)，被配置為以像素為單位執行自動曝光(AE)；以及讀出電路，被配置為按行讀取像素的像素信號。多個像素和多個ADC的數量相同，并且以一一對應的方式彼此連接。多個ADC中的每一個對相應的一個像素執行AE。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年6月14日向韓國知識產權局遞交的韓國專利申請No.10-2019-0071066的優先權，其整體公開一并于此以作參考。

技術領域

本發明構思涉及圖像傳感器，并且更具體地，涉及其中可以以像素為單位執行模數(AD)轉換的CMOS圖像傳感器(CIS)。

背景技術

互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)可以包括像素區域和邏輯區域。在像素區域中，多個像素以二維(2D)陣列布置，并且像素的單位像素可以包括光電二極管和像素晶體管。在邏輯區域中，可以布置用于處理來自像素區域的像素信號的信號處理電路。寬動態范圍(WDR)功能可以包含在CIS中。WDR功能可以通過增加暗部分的亮度并減小由人造光或自然光(例如，日光)引起的亮部分的亮度來改善圖像質量。然而，由于通常需要大容量電容器來執行WDR功能，所以CIS的制造成本會增加。

發明內容

本發明構思的至少一個實施例旨在提供一種互補金屬氧化物(CMOS)圖像傳感器(CIS)和一種在CIS中以像素為單位執行自動曝光(AE)方法，CIS能夠實現寬動態范圍(WDR)而無需額外的高電容電容器。

根據本發明構思的示例性實施例，CMOS圖像傳感器(CIS)包括：多個像素，以二維(2D)陣列布置，并且各自包括光電二極管；多個模數轉換器(ADC)，被配置為以像素為單位執行自動曝光(AE)；以及讀出電路，被配置為按行讀取像素的像素信號。所述多個像素和所述多個ADC的數量相同，并且以一一對應的方式彼此連接，并且所述多個ADC中的每一個對相應的一個像素執行AE。

根據本發明構思的示例性實施例，一種CIS包括：多個像素，以二維(2D)陣列布置，并且各自包括光電二極管；多個ADC，被配置為以像素為單位執行AE；以及讀出電路，被配置為按行讀取像素的像素信號，其中，所述ADC的數量等于所述2D陣列的列的數量，并且每個ADC連接到列中的相應一列中包括的所有像素，并以行為單位對像素中的相應像素執行AE。

根據本發明構思的示例性實施例，一種CIS包括：上部芯片，其中各自包括光電二極管的多個像素以2D陣列布置；以及至少一個下部芯片，包括多個模數轉換器(ADC)和信號處理電路，其中，所述多個ADC以像素為單位執行自動曝光，并且所述信號處理電路處理來自所述像素的像素信號，其中，所述上部芯片堆疊在至少一個下芯片上，并且所述像素和所述ADC以一一對應的方式彼此連接。

根據本發明構思的示例性實施例，提供了一種在CIS中以像素為單位執行自動曝光(AE)的方法，該CIS包括各自具有光電二極管的像素和以一對一對應的方式連接到像素的多個ADC。該方法包括：通過所述多個ADC復位所述像素的浮動擴散(FD)區域并對所述像素的復位晶體管的復位信號執行模數轉換(AD)；通過導通所述像素的傳輸晶體管將所述光電二極管中累積的電荷轉移至所述FD區域，然后對所述像素的像素信號進行AD轉換，并且開始當前幀時段的曝光；以及在所述當前幀時段的曝光期間，由所述多個ADC對所述像素執行AE。

附圖說明

根據以下結合附圖的詳細描述，將更清楚地理解本發明構思的示例性實施例，在附圖中：

圖1是根據本發明構思的示例性實施例的CMOS圖像傳感器(CIS)的框圖；

圖2A和圖2B是用于說明圖1的CIS中防止信息損失的效果的概念圖；