[發(fā)明專利]圖像傳感器及捕獲數(shù)字電子圖像的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010585040.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN112218010B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 馬渕圭司;真鍋宗平;林賽·格蘭特
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H04N25/63
• 分類號: H04N25/63;H04N25/78;H04N25/77;H04N25/772;H01L27/146
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

一種圖像傳感器具有像素陣列，每個像素具有相關聯(lián)的快門晶體管，快門晶體管被耦接以將取決于像素的曝光的電荷轉(zhuǎn)移到圖像存儲電容器上，圖像存儲電容器被配置為被讀取到模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。快門晶體管是N阱中的P型晶體管，阱保持在模擬電源電壓處以降低像素對暗電流的靈敏度；在可替換的實施例中，快門晶體管是P型阱中的N型晶體管，阱保持在模擬接地電壓處。

技術領域

本發(fā)明涉及圖像傳感器技術領域，尤其涉及具有電子全局快門和圖像存儲電容器的圖像傳感器及捕獲數(shù)字電子圖像的方法。

背景技術

具有全局電子快門的圖像傳感器對于高速攝影是有用的。這些圖像傳感器可將來自許多像素的電荷同時(或幾乎同時)復制到圖像存儲電容器中，然后將這些圖像存儲電容器順序地讀取到圖像處理電路。通過使用在快門間隔的開始處結(jié)束的全幀復位，隨后在快門間隔的結(jié)束處將電荷從整個圖像的像素復制到圖像存儲電容器中，隨著快門間隔開始和結(jié)束，通過對象的移動無失真地拍攝圖像。

在一些相機中，高速突發(fā)的復位，隨后是在快門間隔的結(jié)束處執(zhí)行的高速突發(fā)的讀取，可以提供在快門間隔結(jié)束時具有即使有也是很少的由于移動引起的失真的圖像。

用于圖像傳感器的現(xiàn)有技術像素100(圖1)具有通過由光電二極管選擇線106控制的第一選擇晶體管104耦接到第一像素節(jié)點108的光電二極管102。第一像素節(jié)點108通過第一復位晶體管110耦接到模擬電源111。第一復位晶體管110由第一復位線112控制，并選擇性地復位光電二極管102。第一像素節(jié)點108還控制第一源極跟隨器晶體管114。第一源極跟隨器晶體管114與由第一選擇線117控制的第二選擇晶體管116串聯(lián)耦接到負載節(jié)點118以及第一或耦接電容器120的第一端子。負載節(jié)點118還耦接到作為電流源操作的負載晶體管122，其中源極接地并且在其柵極上有電流鏡控制電壓124。

用作耦接電容器的第一或耦接電容器120具有通過快門晶體管126耦接到圖像存儲電容器130的第一端子的第二端子。快門晶體管126由快門線128控制。圖像存儲電容器130的第一端子還控制第二源極跟隨器晶體管132。由第二復位線140控制的第二復位晶體管138也耦接到第一或耦接電容器120的第二端子。第二源極跟隨器晶體管132與由數(shù)據(jù)選擇線136控制的第三選擇晶體管134串聯(lián)。第三選擇晶體管134被耦接以驅(qū)動數(shù)據(jù)線142，數(shù)據(jù)線142又通過額外的電路耦接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)，并由此耦接到圖像處理器用于進一步的圖像數(shù)據(jù)處理。圖1所示的像素100中的所有器件均為N溝道晶體管。

對于一些像素，電荷可以在大部分幀時間內(nèi)存儲在圖像存儲電容器130上，在實施例中，對于60幀每秒的視頻速率，幀時間可以是16.6毫秒，或者對于30幀每秒的視頻速率，幀時間可以是33毫秒，而其他像素可能需要存儲電荷短得多的時間。

與圖像存儲電容器130相關聯(lián)的實際開關晶體管，諸如快門晶體管126，特別地在接觸擴散區(qū)中泄漏；這些晶體管中的泄漏電流引起暗電流和白像素問題。快門晶體管126中的泄漏通常使圖像存儲電容器130上的電壓從與全黑相關聯(lián)的電壓朝與已由相關聯(lián)的光電二極管102檢測到的光相關聯(lián)的電壓偏移。

相關的雙采樣(CDS)已經(jīng)被用在圖像傳感器中，以通過從實際的光致信號中減去像素的暗或參考輸出電平以消除一些不想要的時間噪聲，諸如固定模式噪聲。CDS操作需要每個像素兩次讀出：暗電流或參考電平讀出，以及像素的浮動擴散區(qū)處的光致信號讀出。對于每個像素電路包括至少兩個電容器，其中一個復位電容器用于臨時存儲暗電流或參考電平電壓信號，以及一個圖像存儲電容器用于存儲光致信號，以提供用于隨后的差分放大的信號，差分放大去除不想要的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

一種圖像傳感器，具有像素陣列，每個像素具有相關聯(lián)的快門晶體管，快門晶體管被耦接以將取決于所述像素的曝光的電荷轉(zhuǎn)移到圖像存儲電容器上。圖像存儲電容器被配置為被讀入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。快門晶體管是保持在模擬電源電壓的N阱中的P型晶體管，以降低像素對暗電流的靈敏度。