CN112805993A - 图像传感器及搭载图像传感器的成像装置 - Google Patents

图像传感器及搭载图像传感器的成像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112805993A
CN112805993A CN201980059918.4A CN201980059918A CN112805993A CN 112805993 A CN112805993 A CN 112805993A CN 201980059918 A CN201980059918 A CN 201980059918A CN 112805993 A CN112805993 A CN 112805993A
Authority
CN
China
Prior art keywords
floating diffusion
tube
image sensor
reset
diffusion region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980059918.4A
Other languages
English (en)
Inventor
徐泽
肖�琳
占世武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SZ DJI Technology Co Ltd
Original Assignee
SZ DJI Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SZ DJI Technology Co Ltd filed Critical SZ DJI Technology Co Ltd
Publication of CN112805993A publication Critical patent/CN112805993A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

一种图像传感器及搭载图像传感器的成像装置，图像传感器的像素包括:光敏元件、浮置扩散区、传输管，及复位管，连接于传输管的远离浮置扩散区的一端和光敏元件，能够受控导通或关断，且在导通时将光敏元件连接于高电平；电压输出电路，连接于浮置扩散区，用于将浮置扩散区的电压信号传输至外围电路。

Description

图像传感器及搭载图像传感器的成像装置
技术领域
本说明书涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器及搭载图像传感器的成像装置。
背景技术
图像传感器芯片按功能组成可以分为感光电路和外围电路，感光电路由几万至几亿的感光单元组成，感光单元即所谓的像素(pixel)，外围电路则负责把感光电路感生的信号转换成数字信号并读出。
现有的感光电路像素浮置扩散区的电容较高，在相同的曝光条件下感生出的电压信号较低，容易受外围电路在信号量化转换过程中引入的电路噪声的影响。
发明内容
基于此，本说明书提供了一种图像传感器及搭载图像传感器的成像装置，旨在解决现有的感光电路像素浮置扩散区的电容较高等技术问题。
第一方面，本说明书提供了一种图像传感器，包括像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，所述像素包括：
光敏元件，用于接收光子以生成光生电子；
浮置扩散区，用于接收所述光生电子以产生曝光电压信号；
传输管，能够受控导通或关断以连通或断开所述光敏元件和所述浮置扩散区；
复位管，连接于所述传输管的远离所述浮置扩散区的一端和所述光敏元件，能够受控导通或关断，且在导通时将所述光敏元件连接于高电平；
电压输出电路，连接于所述浮置扩散区，用于将所述浮置扩散区的电压信号传输至外围电路；
其中，在所述复位管和所述传输管受控导通而使所述光敏元件和所述浮置扩散区连接于高电平复位之后，所述复位管和所述传输管受控关断且所述光敏元件接收光子以生成光生电子，以及在所述传输管受控导通时所述浮置扩散区接收所述光生电子产生曝光电压信号。
第二方面，本说明书提供了一种图像传感器，包括像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，所述像素包括：
光敏元件，用于接收光子以生成光生电子；
浮置扩散区，用于接收所述光生电子以产生曝光电压信号；
传输管，能够受控导通或关断以连通或断开所述光敏元件和所述浮置扩散区；
复位管，连接于所述传输管的远离所述浮置扩散区的一端和所述光敏元件，能够受控导通或关断；
电压输出电路，连接于所述浮置扩散区，用于将所述浮置扩散区的电压传输至外围电路。
第三方面，本说明书提供了一种成像装置，搭载任一上述的图像传感器。
本说明书实施例提供了一种图像传感器及搭载图像传感器的成像装置，通过将复位管连接于光敏元件和传输管的远离浮置扩散区的一端，使得复位管不与浮置扩散区直接连接，相当于在浮置扩散区的周围去掉了复位管的影响，所以不存在复位管和浮置扩散区之间的交叠电容，降低了浮置扩散区的总电容，在确定的曝光条件下，浮置扩散区的信号电势差更大，降低了噪声，提高了信噪比。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书的公开内容。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种图像传感器的结构示意图；
图2是目前像素单元电路的电路示意图；
图3是本说明书一实施例提供的一种图像传感器像素的电路原理示意图；
图4是图3中像素元件物理位置关系的示意图；
图5是图4中沿AA’方向的切面示意图；
图6是图像传感器中像素阵列的电路原理示意图；
图7是图像传感器像素工作时的时序示意图；
图8是本说明书一实施例提供的一种成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
下面结合附图，对本说明书的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为一种图像传感器的结构示意图。图像传感器按功能组成可以分为感光电路区和外围电路区，感光电路区由几万至几亿的感光单元(像素，pixel)组成，外围电路则负责把感光电路感生的信号转换成数字信号并读出。
图像传感器的感光单元即像素(pixel)，一般主要由以下部分组成光电二极管(PD)、传输管(TX)、浮置扩散区(FD)、复位管(RST)、源跟随器SF(SF)、行选通管(SEL)组成。如图2所示为目前的一种典型的4晶体管结构的像素单元电路。
其中，光电二极管PD把光子转换成电子，然后传输管TX把光生电子传输到浮置扩散区FD，由于浮置扩散区FD是一个电容，电荷的导入会感应出相应的电势差delta V，该电势差delta V通过后续的读出电路量化就可转成相应的数字图像。由于读出电路在信号量化转换过程中，不可避免的会引入相应的电路噪声，因此在信号比较小，光线比较暗的时候，为了得到更好的图像信噪比，在相同的曝光条件下应该确保浮置扩散区FD的信号电势差deltaV尽量的大，使后续电路引入的噪声影响尽量小。在确定的曝光条件下，光电二极管PD能够感生的电子数目是确定的，由于电容储存电子的数目等于电容的电容值和电容的电压的乘积，因此，为了提高delta V,就需要降低的浮置扩散区FD的电容。
典型的像素单元的浮置扩散区FD的电容包含如下部分：浮置扩散区FD的PN结电容、传输管TX和浮置扩散区FD之间的交叠(overlap)电容，复位管RST和浮置扩散区FD之间的交叠(overlap)电容，源跟随器SFSF的交叠(overlap)电容，浮置扩散区FD金属线的寄生电容。其中，源跟随器SFSF的栅极可以与浮置扩散区FD电性连接，该栅极可以理解为是浮置扩散区FD的一部分，源跟随器SFSF的交叠(overlap)电容可以包括指源跟随器SFSF的栅极与源极、漏极、衬底之间的电容。
本申请的发明人发现，在常规结构中，上述每一部分都不可或缺，要想减小浮置扩散区FD的总电容，以实现降低图像传感器噪声的目的比较困难。
针对该发现，本申请的发明人对图像传感器像素的结构和相应的控制时序进行了改进，以实现减小浮置扩散区FD的电容，降低图像传感器噪声，提高信噪比。
本说明书一实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器包括多个像素。
请参阅图3，图3是本说明书一实施例提供的一种图像传感器中像素的电路原理示意图。
在一些实施方式中，如图4所示为像素中各元件物理位置关系的一种示意图。图5为图4中沿AA’方向的切面示意图。其中，RSG表示连接行输入信号线,Vdd表示连接复位高电平。
具体的，如图3至图5所示，像素包括光敏元件PD、浮置扩散区FD、传输管TX、复位管RST和电压输出电路11。
其中，光敏元件PD用于接收光子以生成光生电子。
具体的，光敏元件PD可以包括光电转换元件，例如光电二极管。
其中，浮置扩散区FD用于接收光生电子以产生曝光电压信号。
具体的，浮置扩散区FD可以包括PN结，能够储存电荷。浮置扩散区FD的电压信号随着储存电荷的变化产生变化。
其中，传输管TX能够受控导通或关断以连通或断开光敏元件PD和浮置扩散区FD。
示例性的,如图3所示，传输管TX的源极连接光敏元件PD，传输管TX的漏极连接浮置扩散区FD，传输管TX的栅极连接传输控制信号线。
示例性的,传输控制信号线的电位为高电平时,传输管TX的栅极置为高电平使传输管TX导通；传输控制信号线的电位为低电平时,传输管TX的栅极置为低电平使传输管TX关断。
具体的，传输管TX导通时，光敏元件PD生成的光生电子可以传递到浮置扩散区FD。
其中，电压输出电路11连接于浮置扩散区FD，用于将浮置扩散区FD的电压传输至外围电路。如图3所示，电压输出电路11通过列信号线连接外围电路。外围电路可以包括模数转换电路，浮置扩散区FD的电压变化通过量化转换可得到相应的数字图像。
在一些实施方式中,图像传感器可以包括外围电路,当然也可以不包括外围电路,例如可以通过额外搭载的外围电路实现模数转换等功能。
具体的，复位管RST连接于传输管TX的远离浮置扩散区FD的一端和光敏元件PD，该复位管RST能够受控导通或关断。
具体的，复位管RST在导通时将光敏元件PD连接于高电平。
示例性的，复位管RST的漏极连接高电平Vdd，该高电平Vdd可称为复位高电平，复位管RST的源极连接传输管TX的源极和光敏元件PD，复位管RST的栅极连接复位控制信号线。
示例性的，复位控制信号线的电位为高电平时,复位管RST的栅极置为高电平，使复位管RST导通；复位控制信号线的电位为低电平时,复位管RST的栅极置为低电平，使复位管RST关断。
其中，复位管RST导通时，光敏元件PD经由导通的复位管RST受到复位高电平Vdd的作用，复位清空。
示例性的，当复位管RST和传输管TX均导通时，浮置扩散区FD经由导通的传输管TX和导通的复位管RST受到复位高电平Vdd的作用，复位清空。
由于复位管RST未与浮置扩散区FD直接连接，相当于在浮置扩散区FD的周围去掉了复位管RST的影响，所以不存在复位管RST和浮置扩散区FD之间的交叠(overlap)电容，降低了浮置扩散区FD的总电容，在确定的曝光条件下，浮置扩散区FD的信号电势差更大，降低了噪声，提高了信噪比。而且还可以保证通过复位管RST对光敏元件PD、浮置扩散区FD复位。
示例性的，如图4和图5所示，复位管RST、传输管TX均被构造为连接于光敏元件PD上，复位管RST与传输管TX间隔设置。
示例性的，浮置扩散区FD被构造为连接于传输管TX上。
由于复位管RST未与浮置扩散区FD直接连接，相当于在浮置扩散区FD的周围去掉了复位管RST的影响，所以不存在复位管RST和浮置扩散区FD之间的交叠(overlap)电容，降低了浮置扩散区FD的总电容，在确定的曝光条件下，浮置扩散区FD的信号电势差更大，降低了噪声，提高了信噪比。
示例性的，如图4和图5所示，电压输出电路11通过金属线连接于浮置扩散区FD。
如图6所示为图像传感器中2×2像素阵列的电路原理示意图，如图7所示为图像传感器像素工作时的时序示意图。
通常图像传感器的成像包括复位阶段、曝光阶段、信号读出阶段。如图7所示，复位阶段包括T1时刻至T4时刻之间的时间段，曝光阶段包括T4时刻至T5时刻之间的时间段，信号读出阶段包括T5时刻至T9时刻之间的时间段。
在一些实施方式中，复位阶段包括：控制复位管RST和传输管TX导通，使光敏元件PD和浮置扩散区FD连接于高电平复位。
当复位管RST和传输管TX均导通时，浮置扩散区FD经由导通的传输管TX和导通的复位管RST受到复位高电平Vdd的作用，复位清空。
示例性的，复位管RST和传输管TX受控导通，包括：复位管RST先受控导通，然后传输管TX受控导通。
如图7所示，在T1时刻将复位控制信号线的电位置为高电平，控制复位管RST导通，光敏元件PD经由导通的复位管RST受到复位高电平Vdd的作用，复位清空。
然后在T2时刻将传输控制信号线的电位也置为高电平，控制传输管TX导通，浮置扩散区FD经由导通的传输管TX和导通的复位管RST受到复位高电平Vdd的作用，复位清空。
通过先控制复位管RST导通复位光敏元件PD，然后控制传输管TX导通复位浮置扩散区FD，可以降低复位时的电流冲击和/或减少产生的热量。
示例性的，在复位管RST和传输管TX受控导通而使光敏元件PD和浮置扩散区FD连接于高电平复位之后，可以控制复位管RST和传输管TX关断，切换至曝光阶段。
具体的，在曝光阶段，复位管RST和传输管TX受控关断且光敏元件PD接收光子以生成光生电子。
示例性的，复位管RST和传输管TX受控关断，包括：传输管TX先受控关断，然后传输管TX受控关断。
如图7所示，在T3时刻将传输控制信号线的电位置为低电平，控制传输管TX关断，从而光敏元件PD的光生电子不经传输管TX传输至浮置扩散区FD。
示例性的，在T3时刻之T4时刻之间，保持复位管RST导通，维持对光敏元件PD的复位清空。
如图7所示，在T3时刻之后的T4时刻，将复位控制信号线的电位置为低电平，控制复位管RST关断，解除对光敏元件PD的复位清空。光敏元件PD可以曝光产生光声电子。
可以理解的，通过先关断传输管TX然后关断复位管RST，可以实现更好的曝光效果。
具体的，在曝光结束后的信号读出阶段，传输管TX受控导通，使得浮置扩散区FD能够接收光生电子产生曝光电压信号。电压输出电路11可以将浮置扩散区FD的电压输出给外围电路，以使外围电路处理得到相应的数字图像。
示例性的，在T7时刻，将传输控制信号线的电位置为高电平，控制传输管TX导通，浮置扩散区FD经由导通的传输管TX连接于光敏元件PD，接收光敏元件PD的光生电子产生曝光电压信号。
在一些实施方式中，在传输管TX受控导通以使浮置扩散区FD接收光生电子产生曝光电压信号之后，传输管TX受控关断，且电压输出电路11将浮置扩散区FD的曝光电压信号传输至外围电路。
示例性的，在T8时刻，将传输控制信号线的电位置为低电平，控制传输管TX关断，断开浮置扩散区FD和光敏元件PD之间电荷的传递，使得电压输出电路11准确的将浮置扩散区FD的曝光电压信号传输至外围电路。
在一些实施方式中，如图3至5所示，电压输出电路11包括行选通管SEL。
示例性的，行选通管SEL的源极可以通过列信号线连接外围电路，行选通管SEL的漏极连接传输管TX的漏极和浮置扩散区FD，行选通管SEL的栅极连接行选择信号线。
示例性的，行选择信号线的电位为高电平时,行选通管SEL的栅极置为高电平，使行选通管SEL导通；行选择信号线的电位为低电平时,行选通管SEL的栅极置为低电平，使行选通管SEL关断。
示例性的，如图7所示，在T6时刻至T9时刻，将行选择信号线的电位置为高电平，控制行选通管SEL导通。
行选通管SEL导通导通时，浮置扩散区FD的曝光电压信号能够通过导通的行选通管SEL传输至外围电路。
在一些实施方式中，在传输管TX受控导通以使浮置扩散区FD接收光生电子产生曝光电压信号之前，行选通管SEL导通以使电压输出电路11输出参考电压至外围电路。
示例性的，如图7所示，在T3时刻至T7时刻，传输控制信号线的电位置为低电平，传输管TX关断，浮置扩散区FD未接收光生电子产生曝光电压信号。
在T6时刻控制行选通管SEL导通，外围电路可以经由导通的行选通管SEL检测浮置扩散区FD的电压，该电压还未受到光生电子的影响，可以作为参考电压。
示例性的，外围电路根据曝光电压信号和参考电压之间的差值确定像素的感应电压。
可以理解的，曝光电压信号为参考电压受光生电子影响后的电压。曝光电压信号和参考电压之间的差值delta V可以体现光敏元件PD曝光时产生的光声电子对浮置扩散区FD电压影响的强弱。例如，曝光越强则差值delta V越大。外围电路根据曝光电压信号和参考电压之间的差值确定像素的感应电压，根据感应电压和感光量之间的对应关系确定该像素此次曝光的感光量。
在一些实施方式中，如图3至图5所示，电压输出电路11还包括源跟随器SF。具体的，行选通管SEL的漏极通过源跟随器SF连接浮置扩散区FD。
示例性的，源跟随器SF具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，对前级电路相当于开路，对后级电路相当于一个恒压源，输出电压不受后级电路阻抗影响。
示例性的，源跟随器SF可以用于将浮置扩散区FD的电信号放大输出。
示例性的，源跟随器SF导通时能够使浮置扩散区FD的曝光电压信号经由源跟随器SF和行选通管SEL传输至外围电路。
示例性的，源跟随器SF的源极连接行选通管SEL的漏极，源跟随器SF的栅极连接传输管TX的漏极和浮置扩散区FD，源跟随器SF的漏极连接行输入信号线。
示例性的，行输入信号线的电位为高电平时,源跟随器SF的漏极置为高电平，浮置扩散区FD的曝光电压信号能够经由源跟随器SF传输至行选通管SEL的漏极。
如图7所示，在传输管TX受控导通以使浮置扩散区FD接收光生电子产生曝光电压信号之前，和/或在行选通管SEL导通以使电压输出电路11输出参考电压至外围电路之前，例如在T5时刻将行输入信号线置为高电平，该高电平对浮置扩散区FD的电压耦合作用使得浮置扩散区FD的电压升高至参考电压。
在T5时刻之后的T6时刻，控制行选通管SEL导通以使电压输出电路11输出参考电压至外围电路；以及在T6时刻之后的T7时刻，控制传输管TX导通，以使浮置扩散区FD接收光敏元件PD的光生电子。
示例性的，在T7时刻之后的T8时刻，控制传输管TX关断，电压输出电路11将浮置扩散区FD的曝光电压信号传输至外围电路。
具体的，在将浮置扩散区FD的曝光电压信号传输至外围电路之后的T9时刻，可以将行选择信号线的电位置为低电平，控制行选通管SEL关断。
示例性的，电压输出电路11将浮置扩散区FD的曝光电压信号传输至外围电路之后，源跟随器SF的漏极置为低电平以使源跟随器SF关断。
具体的，在T9时刻控制行选通管SEL关断之后，在T10时刻将行输入信号线置为低电平，控制源跟随器SF关断。可以为下次成像过程做准备。
在一些实施方式中，图像传感器像素的成像过程可以包括：
复位阶段：在T1时刻控制复位管RST导通，以使光敏元件PD复位清空；在T2时刻控制传输管TX导通，以使浮置扩散区FD经由导通的传输管TX和导通的复位管RST受到复位高电平Vdd的作用，复位清空；在T3时刻控制传输管TX关断，阻隔光敏元件PD的光生电子传输至浮置扩散区FD；在T4时刻控制复位管RST关断，解除对光敏元件PD的复位清空状态。
曝光阶段：在T4时刻至T5时刻，可以通过例如控制快门打开使光敏元件PD曝光产生光声电子。
信号读出阶段：在T5时刻将源跟随器SF的漏极置为高电平，以使浮置扩散区FD的电压升高至参考电压；在T6时刻控制行选通管SEL导通，以使电压输出电路11输出参考电压至外围电路；在T7时刻控制传输管TX导通，以使浮置扩散区FD接收光敏元件PD的光生电子产生曝光电压信号；在T8时刻控制传输管TX关断，电压输出电路11将浮置扩散区FD的曝光电压信号传输至外围电路；在T9时刻控制行选通管SEL关断。
可以理解的，行输入信号线、复位控制信号线、传输控制信号线、行选择信号线的高电平、复位高电平Vdd可以相同也可以不相同；行输入信号线、复位控制信号线、传输控制信号线、行选择信号线的低电平可以相同也可以不相同。
示例性的，行输入信号线的电压范围可以是0V至4V，例如为2V至4V，具体可以通过调试确定。
示例性的，复位控制信号线的电压范围可以是-1V至4V，具体可以通过调试确定。
本说明书实施例提供的图像传感器，通过将复位管连接于光敏元件和传输管的远离浮置扩散区的一端，使得复位管不与浮置扩散区直接连接，相当于在浮置扩散区的周围去掉了复位管的影响，所以不存在复位管和浮置扩散区之间的交叠电容，降低了浮置扩散区的总电容，在确定的曝光条件下，浮置扩散区的信号电势差更大，降低了噪声，提高了信噪比。
请结合上述实施例参阅图8，图8是本说明书一实施例提供的成像装置600的示意性框图。该成像装置600搭载前述的图像传感器601。
在一些实施方式中，成像装置600还可以包括镜头模组602。
本说明书实施例提供的成像装置备的具体原理和实现方式均与前述实施例的图像传感器类似，此处不再赘述。
应当理解，在此本说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本说明书。
还应当理解，在本说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
以上所述，仅为本说明书的具体实施方式，但本说明书的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本说明书揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本说明书的保护范围之内。因此，本说明书的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，其特征在于，所述像素包括：
光敏元件，用于接收光子以生成光生电子；
浮置扩散区，用于接收所述光生电子以产生曝光电压信号；
传输管，能够受控导通或关断以连通或断开所述光敏元件和所述浮置扩散区；
复位管，连接于所述传输管的远离所述浮置扩散区的一端和所述光敏元件，能够受控导通或关断，且在导通时将所述光敏元件连接于高电平；
电压输出电路，连接于所述浮置扩散区，用于将所述浮置扩散区的电压信号传输至外围电路；
其中，在所述复位管和所述传输管受控导通而使所述光敏元件和所述浮置扩散区连接于高电平复位之后，所述复位管和所述传输管受控关断且所述光敏元件接收光子以生成光生电子，以及在所述传输管受控导通时所述浮置扩散区接收所述光生电子产生曝光电压信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述复位管和所述传输管受控导通，包括：
所述复位管先受控导通，然后所述传输管受控导通。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述复位管和所述传输管受控关断，包括：
所述传输管先受控关断，然后所述传输管受控关断。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在所述传输管受控导通以使所述浮置扩散区接收所述光生电子产生曝光电压信号之后，所述传输管受控关断，且所述电压输出电路将所述浮置扩散区的曝光电压信号传输至外围电路。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述传输管的源极连接所述光敏元件，所述传输管的漏极连接所述浮置扩散区，所述传输管的栅极置为高电平时所述传输管导通，置为低电平时所述传输管关断。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述复位管的漏极连接高电平，所述复位管的源极连接所述传输管的源极，所述复位管的栅极置为高电平时所述复位管导通，置为低电平时所述复位管关断。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述电压输出电路包括：
行选通管，所述行选通管的源极连接所述外围电路，所述行选通管的漏极连接所述传输管的漏极和所述浮置扩散区；
在所述传输管受控导通以使所述浮置扩散区接收所述光生电子产生曝光电压信号之前，所述行选通管导通以使所述电压输出电路输出参考电压至所述外围电路。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述外围电路根据所述曝光电压信号和所述参考电压之间的差值确定所述像素的感应电压。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述电压输出电路还包括源跟随器；
所述行选通管的漏极通过所述源跟随器连接所述浮置扩散区；
所述源跟随器导通时使所述浮置扩散区的曝光电压信号经由所述源跟随器和所述行选通管传输至所述外围电路。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述源跟随器的源极连接所述行选通管的漏极，所述源跟随器的栅极连接所述传输管的漏极和所述浮置扩散区，所述源跟随器的漏极置为高电平时所述浮置扩散区的曝光电压信号经由所述源跟随器传输至所述行选通管的漏极。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述电压输出电路将所述浮置扩散区的曝光电压信号传输至外围电路之后，所述源跟随器的漏极置为低电平以使所述源跟随器关断。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述复位管、所述传输管均被构造为连接于所述光敏元件上，所述复位管与所述传输管间隔设置。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，所述浮置扩散区被构造为连接于所述传输管上。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，所述电压输出电路通过金属线连接于所述浮置扩散区。
15.一种图像传感器，包括像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，其特征在于，所述像素包括：
光敏元件，用于接收光子以生成光生电子；
浮置扩散区，用于接收所述光生电子以产生曝光电压信号；
传输管，能够受控导通或关断以连通或断开所述光敏元件和所述浮置扩散区；
复位管，连接于所述传输管的远离所述浮置扩散区的一端和所述光敏元件，能够受控导通或关断；
电压输出电路，连接于所述浮置扩散区，用于将所述浮置扩散区的电压传输至外围电路。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，所述传输管的源极连接所述光敏元件，所述传输管的漏极连接所述浮置扩散区，所述传输管的栅极连接传输控制信号线。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其特征在于，所述复位管的漏极连接复位高电平，所述复位管的源极连接所述传输管的源极，所述复位管的栅极连接复位控制信号线。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述电压输出电路包括：
行选通管，所述行选通管的源极连接所述外围电路，所述行选通管的漏极连接所述传输管的漏极和所述浮置扩散区，所述行选通管的栅极连接行选择信号线。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其特征在于，所述电压输出电路还包括源跟随器；
所述行选通管的漏极通过所述源跟随器连接所述浮置扩散区。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其特征在于，所述源跟随器的源极连接所述行选通管的漏极，所述源跟随器的栅极连接所述传输管的漏极和所述浮置扩散区，所述源跟随器的漏极连接行输入信号线。
21.根据权利要求15-17中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述复位管、所述传输管均被构造为连接于所述光敏元件上，所述复位管与所述传输管间隔设置。
22.根据权利要求21所述的图像传感器，其特征在于，所述浮置扩散区被构造为连接于所述传输管上。
23.根据权利要求22所述的图像传感器，其特征在于，所述电压输出电路通过金属线连接于所述浮置扩散区。
24.根据权利要求15-17中任一项所述的图像传感器，其特征在于，还包括所述外围电路。
25.一种成像装置，其特征在于，搭载如权利要求1-24中任一项所述的图像传感器。
CN201980059918.4A 2019-12-31 2019-12-31 图像传感器及搭载图像传感器的成像装置 Pending CN112805993A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2019/130930 WO2021134691A1 (zh) 2019-12-31 2019-12-31 图像传感器及搭载图像传感器的成像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112805993A true CN112805993A (zh) 2021-05-14

Family

ID=75804001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980059918.4A Pending CN112805993A (zh) 2019-12-31 2019-12-31 图像传感器及搭载图像传感器的成像装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112805993A (zh)
WO (1) WO2021134691A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115704905B (zh) * 2021-08-09 2024-01-23 北京一径科技有限公司 光电探测器及激光雷达
CN114339001B (zh) * 2021-12-30 2023-09-12 维沃移动通信有限公司 图像传感器、曝光控制方法、摄像模组和电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090244345A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. CMOS image sensor and driving method thereof
CN105227870A (zh) * 2015-09-21 2016-01-06 天津大学 大动态范围线性-对数响应cmos图像传感器
CN110278392A (zh) * 2018-03-14 2019-09-24 派视尔株式会社 图像传感器用像素、光电二极管及图像传感器的驱动方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9007504B2 (en) * 2012-04-06 2015-04-14 Omnivision Technologies, Inc. Method, apparatus and system for reducing pixel cell noise
JP6463002B2 (ja) * 2014-05-08 2019-01-30 キヤノン株式会社 撮像装置の駆動方法、撮像システムの駆動方法
JP6832649B2 (ja) * 2016-08-17 2021-02-24 ブリルニクス インク 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090244345A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. CMOS image sensor and driving method thereof
CN105227870A (zh) * 2015-09-21 2016-01-06 天津大学 大动态范围线性-对数响应cmos图像传感器
CN110278392A (zh) * 2018-03-14 2019-09-24 派视尔株式会社 图像传感器用像素、光电二极管及图像传感器的驱动方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021134691A1 (zh) 2021-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10608101B2 (en) Detection circuit for photo sensor with stacked substrates
US10987421B2 (en) Ramp signal generator of image sensor, and image sensor including same
US20190058840A1 (en) Backside illuminated global shutter pixel with active reset
EP2832090B1 (en) Cmos image sensors implementing full frame digital correlated double sampling with global shutter
KR102612718B1 (ko) 복수의 슈퍼-픽셀(super-pixel)들을 포함하는 이미지 센서
US20110019044A1 (en) Time Delay Integration Based MOS Photoelectric Pixel Sensing Circuit
JP2011166726A (ja) Ｃｍｏｓイメージセンサー
US8604407B2 (en) Dual conversion gain pixel methods, systems, and apparatus
CN110351500B (zh) 一种兼容两种曝光模式的cmos图像传感器读出电路
US20060238634A1 (en) Apparatus and method for providing anti-eclipse operation for imaging sensors
KR20100115603A (ko) 아날로그-디지털 변환 방법, 아날로그-디지털 변환기, 및 이를 포함하는 이미지 센서
EP2005731B1 (en) A/d converter using ramped transfer gate clocks
WO2020061883A1 (zh) 像素单元和图像传感器
TWI489620B (zh) 利用一光電二極體之互補金氧半導體影像感測器像素
CN112004037A (zh) 图像传感器像素结构
CN112805993A (zh) 图像传感器及搭载图像传感器的成像装置
EP3714595A1 (en) Pixel sensor cell for cmos image sensors with enhanced conversion gain at high dynamic range capability
KR20120122627A (ko) 광역 동적범위를 가지는 이미지 센서의 화소 회로 및 그 구동 방법
CN112805994A (zh) 图像传感器及搭载图像传感器的成像装置
CN112004038B (zh) 图像传感器像素结构
US8638376B2 (en) Image sensor for reducing kick-back noise and image pick-up device having the same
TWI648988B (zh) 抗遮蔽電路及相關成像器
EP3445039B1 (en) Detection circuit for photo sensor with stacked substrates
US20130168533A1 (en) Cmos image sensor and operating method thereof
KR20120015876A (ko) 이미지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210514

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication