CN115332275A - 一种像素结构、即时运动检测图像传感器及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种像素结构、即时运动检测图像传感器及方法。其中，像素结构，包括：衬底；形成于所述衬底上的掺杂层；所述掺杂层包括一个P型掺杂阱，以及在所述P型掺杂阱中横向间隔形成的一个复位电极、一个N型背掺杂区和一个P型背掺杂区；所述N型背掺杂区和所述P型掺杂阱构成一个光电二极管，该光电二极管用于感光；形成于所述掺杂层上的埋氧层；形成于所述埋氧层上的有源区；所述有源区包括横向依次设置的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管。相较于现有技术，本申请能够在像素层面实现预处理，从源头精简图像信息的处理，大大减少数据的传输量与计算量，提高系统的运行效率。
Description
技术领域
本申请涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种像素结构、即时运动检测图像传感器及方法。
背景技术
图像传感与处理系统在生产生活中被广泛使用。一方面，图像传感器的分辨率需要不断提高以满足成像质量的需求，另一方面，边缘计算、物联网等领域对图像处理提出了高速低功耗的性能需求。
目前主流的图像传感与处理系统通过CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)有源像素传感器完成成像功能，并将完整的图像数据传输给图像信号处理器进行处理。对于智能视觉识别等应用而言，原始的图像数据中存在着大量的信息冗余，为系统的数据传输与处理带来了不必要的延迟与功耗。
发明内容
本申请的目的是提供一种像素结构、即时运动检测图像传感器及方法，以在像素层面实现预处理，从源头精简图像信息的处理。
第一方面，本申请提供一种像素结构，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的掺杂层；所述掺杂层包括一个P型掺杂阱，以及在所述P型掺杂阱中横向间隔形成的一个复位电极、一个N型背掺杂区和一个P型背掺杂区；所述N型背掺杂区和所述P型掺杂阱构成一个光电二极管，该光电二极管用于感光；
形成于所述掺杂层上的埋氧层；
形成于所述埋氧层上的有源区；所述有源区包括横向依次设置的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管；所述第一晶体管的源端和所述第二晶体管的源端与所述第四晶体管的漏端连接，所述第三晶体管的栅端、源端和漏端连接，所述第三晶体管的漏端与所述第二晶体管的漏端连接，所述第三晶体管的栅端与所述第四晶体管的栅端连接；
其中，所述第一晶体管的源端为参考信号输入端，所述复位电极为复位信号输入端，所述第一晶体管的漏端为当前感光周期的感光信号输出端，所述第五晶体管的漏端为当前感光周期与上一感光周期的帧差信号输出端。
一种可能的实施方式中，所述第一晶体管和所述第二晶体管共源端。
一种可能的实施方式中，所述第二晶体管和所述第三晶体管共漏端。
一种可能的实施方式中，所述第四晶体管和所述第五晶体管共源端。
一种可能的实施方式中，所述第一晶体管和所述第二晶体管的共源端与所述N型背掺杂区形成第一电容；
所述第三晶体管与所述N型背掺杂区形成第二电容；
其中，所述第一电容大于所述第二电容。
一种可能的实施方式中，所述N型背掺杂区和所述P型背掺杂区之间设置有浅槽隔离结构。
第二方面，本申请提供一种即时运动检测图像传感器，包括：
至少一个第一方面中所述的像素结构；
信号比较器，所述信号比较器的输入端连接所述像素结构的第五晶体管的漏端；
数据选择器，所述数据选择器的第一输入端连接所述像素结构的第一晶体管的漏端，所述数据选择器的第二输入端连接所述信号比较器的输出端；
模数转换器，与所述数据选择器的输出端连接，用于对所述数据选择器输出的信号进行模数转换。
第三方面，本申请提供一种采用第二方面所述的图像传感器的即时运动检测方法，包括：
所述像素结构按照感光周期输出当前感光周期的感光信号和当前感光周期与上一感光周期的帧差信号；
所述信号比较器接收所述帧差信号，将所述帧差信号与预设阈值进行比较；
当所述帧差信号大于预设阈值时，所述信号比较器的输出端输出高电平，所述数据选择器输出当前感光周期的感光信号；
当所述帧差信号小于等于预设阈值时，所述信号比较器的输出端输出低电平，所述数据选择器不输出当前感光周期的感光信号。
一种可能的实现方式中，所述像素结构按照感光周期输出当前感光周期的感光信号和当前感光周期与上一感光周期的帧差信号之前，还包括：
初始化阶段；
在所述初始化阶段，在所述复位电极施加一个高电平，将光电二极管的感光信号复位至第一电压，第二晶体管闭合，将第四晶体管的栅端电压复位至第二电压。
一种可能的实现方式中，所述感光周期包括曝光阶段、读出阶段、第二电容复位阶段和光电二极管复位阶段；
在所述曝光阶段，所述光电二极管收集光生电荷，第一电压随着光生电荷的积累而下降，下降的电压值为Vn；同时，第二电压随着第一电压的下降而下降，下降的电压值为Vn-Vn-1；其中，n表示第n个感光周期；
在所述读出阶段，从所述第一晶体管的漏端读出当前感光周期的感光信号，从所述第五晶体管的漏端读出当前感光周期与上一感光周期的帧差信号；
在所述第二电容复位阶段，将第四晶体管的栅端电压复位至第二电压；
在所述光电二极管复位阶段，将光电二极管的感光信号复位至第一电压。
相较于现有技术，本申请提供的像素结构、即时运动检测图像传感器及方法具有如下有益效果：
1、本申请的像素结构采用埋氧层电容进行计算与缓存，利用埋氧层下的光电二极管进行感光，像素结构中的晶体管、电容、光电二极管垂直分布，面积相互交叠，提高了面积利用率，像素具有更好的可缩小性；
2、本申请的图像传感器没有在像素或外围电路中增加复杂的功能模块，硬件实现代价低。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本申请提供的一种像素结构的示意图；
图2所示为图1所示像素结构的等效电路图；
图3所示为本申请提供的像素结构的工作时序；
图4示出了本申请提供的即时运动检测图像传感器的示意图；
图5示出了本申请提供的一种即时运动检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为进一步说明本申请实施例的方案，下面将结合附图进行描述。可以理解的是，下面各实施例中，相同或相应的内容可以相互参考，为描述简便，后续不作赘述。
在现有的图像传感与处理系统中，图像传感器所产生的高分辨率图像信号需要完全输出至图像处理系统中进行计算，数据传输量与计算量巨大。
通过在像素阵列层面设计相应的预处理电路，能够对原始图像信号进行即时的处理，从而对原始图像进行特征提取和信息筛选，减少数据传输与图像处理单元的计算量。现有的图像预处理方案主要包括在像素中或像素周围加入各种功能电路，例如比较器、卷积计算电路等，让像素信号得到即时的处理，将多余的数据过滤掉，只将有意义的数据输入到图像处理单元中进行进一步处理，从而降低计算所需的时间代价与能耗，提高整个系统的运行效率。
有鉴于此，本申请提供的是一种新型的基于UTBB(Ultra-Thin Box and Body超薄体及埋氧)器件的图像传感器，通过背栅调制效应完成光电转换功能，能够缩小像素尺寸。同时，利用UTBB器件的结构特性能够完成像素内的信号处理。
下面结合附图对本申请提供的像素结构、即时运动检测图像传感器及方法进行详细介绍。
图1所示为本申请提供的一种像素结构的示意图；图2所示为图1所示像素结构的等效电路图。
如图1所示，本申请提供的像素结构10包括：
衬底100；形成于衬底100上的掺杂层200；形成于掺杂层200上的埋氧层300；以及形成于埋氧层300上的有源区400。
掺杂层200包括一个P型掺杂阱，以及在P型掺杂阱中横向间隔形成的一个复位电极210、一个N型背掺杂区和一个P型背掺杂区。如图1所示，N型背掺杂区和P型掺杂阱构成一个光电二极管，该光电二极管用于感光。本申请中，埋氧层下的感光结构可以替换为横向光电二极管、电荷耦合器件等感光结构。
有源区400包括横向依次设置的第一晶体管T0、第二晶体管S0、第三晶体管T2、第四晶体管T1和第五晶体管S1；第一晶体管T0的源端和第二晶体管S0的源端与第四晶体管T1的漏端连接，第三晶体管T2的栅端、源端和漏端连接，第三晶体管T2的漏端与第二晶体管S0的漏端连接，第三晶体管T2的栅端与第四晶体管T1的栅端连接。
其中，第一晶体管T0的源端为参考信号Vref输入端，复位电极210为复位信号Vrst输入端，第一晶体管T0的漏端为当前感光周期的感光信号Iout0输出端，第五晶体管S1的漏端为当前感光周期与上一感光周期的帧差信号Iout1输出端。
具体的，第一晶体管T0和第二晶体管S0共源端，第二晶体管S0和第三晶体管T2共漏端，第四晶体管T1和第五晶体管S1共源端。
具体的，第一晶体管T0和第二晶体管S0的共源端与N型背掺杂区形成第一电容C1；第三晶体管与N型背掺杂区形成第二电容C0；其中，第一电容C1大于第二电容C0。更具体的，第一电容C1远大于第二电容C0。
本申请中，埋氧层电容分为第一电容C1和第二电容C0，用于缓存和产生差分信号，其中C0远小于C1。第一晶体管T0用于读出像素的感光信号，第二晶体管S0用于对第二电容C0上极板进行复位，第四晶体管T1用于读出像素的差分信号，第五晶体管S1用于控制差分信号是否读出。Vrst用于控制光电二极管的复位。
本申请上述像素内的具体结构可以调整，例如可以调整晶体管的数目和具体连接关系以调整信号增益与噪声性能。
图3所示为本申请提供的像素结构的工作时序。
像素结构(简称像素)在开始工作时首先进行一次初始化，之后每个感光周期分为曝光、读出、C0复位、光电二极管(简称二极管)复位四个阶段。
由于需要在像素中计算当前曝光与上一次曝光之间的信号差值，所以像素在最初的一个感光周期和之后的感光周期中工作过程有所区别，以下为参考图2和图3详细说明。
对于感光周期0
初始化阶段：
Vrst施加一个高电平，将二极管信号(Vpd)复位至第一电压Vr1。第二晶体管S0闭合，将VgT1复位至第二电压Vr2。
曝光阶段：
Vrst施加一个低电平，将二极管反偏，曝光过程中二极管收集光生电荷，Vpd电压随光生电荷的积累而下降至Vr1-V0。
读出阶段：
施加在第一晶体管T0栅端的行选电压Vrow置为高电平，读出T0的电流Iout0，由于Vpd对T0的背栅调制效应，Iout0可以用来表示光照强弱。
C0复位阶段：
S0闭合，将VgT1复位至Vr2，由于C0远小于C1，Vpd基本保持在Vr1-V0，不会因VgT1的复位而变化。
二极管复位阶段：
Vrst施加一个高电平，将二极管信号(Vpd)复位至Vr1。由于C0远小于C1，VgT1会随着Vpd上升而上升，从而使VgT1＝Vr2+V0。
对于第n个感光周期(n>＝1)
曝光阶段：
Vrst施加一个低电平，将二极管反偏，曝光过程中二极管收集光生电荷，Vpd电压随光生电荷的积累而下降至Vr1-Vn。同时VgT1会随着Vpd下降而下降，从而使VgT1＝Vr2-(Vn-Vn-1)，在曝光结束后即可同时获得感光信号与帧差信号。
读出阶段：
施加在T0栅端的行选电压Vrow置为高电平，读出T0的电流Iout0，由于Vpd对T0的背栅调制效应，Iout0可以用来表示光照强弱。闭合第五晶体管S1，读出第四晶体管T1的电流Iout1，由于VgT1是T1的栅压，Iout1即可用于表示帧间差分结果，也就是帧差信号。
C0复位阶段：
S0闭合，将VgT1复位至Vr2，由于C0远小于C1，Vpd基本保持在Vr1-Vn，不会因VgT1的复位而变化。
二极管复位阶段：
Vrst施加一个高电平，将二极管信号(Vpd)复位至Vr1。由于C0远小于C1，VgT1会随着Vpd上升而上升，从而使VgT1＝Vr2+Vn。
因此，在第n个感光周期(n>＝1)中，像素能够产生并输出当前曝光所对应的原始信号以及当前曝光与上一次曝光之间的信号差值，能够在像素内同时完成光电传感与即时计算。
本申请的像素结构，利用UTBB器件的结构特点，采用埋氧层电容进行计算与缓存，利用埋氧层下的光电二极管进行感光，像素结构中的晶体管、电容、光电二极管垂直分布，面积相互交叠，提高了面积利用率，像素具有更好的可缩小性。
基于上述像素结构，如图4所示，本申请提供了一种即时运动检测图像传感器，包括：至少一个像素结构10、信号比较器20(图中简称比较器)、数据选择器30和模数转换器40。
如图4所示为像素结构10构成的像素阵列；信号比较器20的输入端连接像素结构10的第五晶体管的漏端，也就是Iout1输出端；数据选择器30的第一输入端连接像素结构10的第一晶体管的漏端(也就是Iout0输出端)，数据选择器30的第二输入端连接信号比较器40的输出端；模数转换器40与数据选择器30的输出端连接，用于对数据选择器30输出的信号进行模数转换。
如图5所示为本申请提供了一种采用上述即时运动检测图像传感器的即时运动检测方法的流程图，如图5所示，该方法包括以下步骤：
S101、所述像素结构按照感光周期输出当前感光周期的感光信号和当前感光周期与上一感光周期的帧差信号；
S102、所述信号比较器接收所述帧差信号，将所述帧差信号与预设阈值进行比较；
S103、当所述帧差信号大于预设阈值时，所述信号比较器的输出端输出高电平，所述数据选择器输出当前感光周期的感光信号；
S104、当所述帧差信号小于等于预设阈值时，所述信号比较器的输出端输出低电平，所述数据选择器不输出当前感光周期的感光信号。
具体的，步骤S101之前，上述方法还包括：
初始化阶段；
在所述初始化阶段，在所述复位电极施加一个高电平，将光电二极管的感光信号复位至第一电压，第二晶体管闭合，将第四晶体管的栅端电压复位至第二电压。
具体的，所述感光周期包括曝光阶段、读出阶段、第二电容复位阶段和光电二极管复位阶段；
在所述曝光阶段，所述光电二极管收集光生电荷，第一电压随着光生电荷的积累而下降，下降的电压值为Vn；同时，第二电压随着第一电压的下降而下降，下降的电压值为Vn-Vn-1；其中，n表示第n个感光周期；
在所述读出阶段，从所述第一晶体管的漏端读出当前感光周期的感光信号，从所述第五晶体管的漏端读出当前感光周期与上一感光周期的帧差信号；
在所述第二电容复位阶段，将第四晶体管的栅端电压复位至第二电压；
在所述光电二极管复位阶段，将光电二极管的感光信号复位至第一电压。
本申请中，像素在每个感光周期中输出原始感光信号Iout0和帧间差分信号Iout1，Iout1输出到信号比较器20中，和给定的预设阈值进行比较，当Iout1超过预设阈值时，认为该像素上检测到动作，此时控制数据选择器30输出Iout0，模数转换器40则对Iout0进行完整的模数转换。否则认为该像素上未检测到动作，此时数据选择器30不输出感光信号，模数转换器40无需进行模数转换，从而减少成像时模数转换所需要的时间与功耗。经过上述预处理之后，图像信息中运动物体被保留下来，而背景信息被删减掉。在后续的图像处理过程中，处理器直接对保留下来的关键图像信息进行处理，大大减少数据的传输量与计算量，提高系统的运行效率。
本申请中，可以采用其它方式来实现数据的选择性读出，例如根据像素计算结果调整行列扫描来筛选图像信息。
本申请利用UTBB器件的光电学特性，设计了一种即时动作检测像素，在像素内完成感光和即时的帧间差分计算，在像素阵列信号读出电路中进行动作判断并对数据进行选择性输出，可以有效地减少图像数据的传输量以及图像处理的延迟与资源消耗，提高图像处理效率。
本申请的图像传感器，在像素层面实现预处理，从源头精简图像信息的处理，没有在像素或外围电路中增加复杂的功能模块，硬件实现代价低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种像素结构，其特征在于，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的掺杂层；所述掺杂层包括一个P型掺杂阱，以及在所述P型掺杂阱中横向间隔形成的一个复位电极、一个N型背掺杂区和一个P型背掺杂区；所述N型背掺杂区和所述P型掺杂阱构成一个光电二极管，该光电二极管用于感光；
形成于所述掺杂层上的埋氧层；
形成于所述埋氧层上的有源区；所述有源区包括横向依次设置的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管；所述第一晶体管的源端和所述第二晶体管的源端与所述第四晶体管的漏端连接，所述第三晶体管的栅端、源端和漏端连接，所述第三晶体管的漏端与所述第二晶体管的漏端连接，所述第三晶体管的栅端与所述第四晶体管的栅端连接；
其中，所述第一晶体管的源端为参考信号输入端，所述复位电极为复位信号输入端，所述第一晶体管的漏端为当前感光周期的感光信号输出端，所述第五晶体管的漏端为当前感光周期与上一感光周期的帧差信号输出端。
2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管共源端。
3.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第二晶体管和所述第三晶体管共漏端。
4.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第四晶体管和所述第五晶体管共源端。
5.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管的共源端与所述N型背掺杂区形成第一电容；
所述第三晶体管与所述N型背掺杂区形成第二电容；
其中，所述第一电容大于所述第二电容。
6.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述N型背掺杂区和所述P型背掺杂区之间设置有浅槽隔离结构。
7.一种即时运动检测图像传感器，其特征在于，包括：
至少一个权利要求1至6中任一项所述的像素结构；
信号比较器，所述信号比较器的输入端连接所述像素结构的第五晶体管的漏端；
数据选择器，所述数据选择器的第一输入端连接所述像素结构的第一晶体管的漏端，所述数据选择器的第二输入端连接所述信号比较器的输出端；
模数转换器，与所述数据选择器的输出端连接，用于对所述数据选择器输出的信号进行模数转换。
8.一种采用权利要求7所述的图像传感器的即时运动检测方法，其特征在于，包括：
所述像素结构按照感光周期输出当前感光周期的感光信号和当前感光周期与上一感光周期的帧差信号；
所述信号比较器接收所述帧差信号，将所述帧差信号与预设阈值进行比较；
当所述帧差信号大于预设阈值时，所述信号比较器的输出端输出高电平，所述数据选择器输出当前感光周期的感光信号；
当所述帧差信号小于等于预设阈值时，所述信号比较器的输出端输出低电平，所述数据选择器不输出当前感光周期的感光信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述像素结构按照感光周期输出当前感光周期的感光信号和当前感光周期与上一感光周期的帧差信号之前，还包括：
初始化阶段；
在所述初始化阶段，在所述复位电极施加一个高电平，将光电二极管的感光信号复位至第一电压，第二晶体管闭合，将第四晶体管的栅端电压复位至第二电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述感光周期包括曝光阶段、读出阶段、第二电容复位阶段和光电二极管复位阶段；
在所述曝光阶段，所述光电二极管收集光生电荷，第一电压随着光生电荷的积累而下降，下降的电压值为Vn；同时，第二电压随着第一电压的下降而下降，下降的电压值为Vn-Vn-1；其中，n表示第n个感光周期；
在所述读出阶段，从所述第一晶体管的漏端读出当前感光周期的感光信号，从所述第五晶体管的漏端读出当前感光周期与上一感光周期的帧差信号；
在所述第二电容复位阶段，将第四晶体管的栅端电压复位至第二电压；
在所述光电二极管复位阶段，将光电二极管的感光信号复位至第一电压。
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|---|---|---|---|---|
| US20080001192A1 (en) * | 2005-03-11 | 2008-01-03 | Fujitsu Limited | Image sensor with embedded photodiode region and manufacturing method for same |
| CN102881703A (zh) * | 2012-09-29 | 2013-01-16 | 上海中科高等研究院 | 图像传感器及其制备方法 |
| CN108566524A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-09-21 | 深圳市光微科技有限公司 | 像素单元、图像传感器芯片、成像系统、像素单元的形成方法以及深度信息测算方法 |
| CN110581190A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-17 | 北京大学 | 一种适应亚微米像素的utbb光电探测器、阵列和方法 |
| CN113329194A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-08-31 | 北京大学 | 一种提取即时运动的图像传感器及其方法 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080001192A1 (en) * | 2005-03-11 | 2008-01-03 | Fujitsu Limited | Image sensor with embedded photodiode region and manufacturing method for same |
| CN102881703A (zh) * | 2012-09-29 | 2013-01-16 | 上海中科高等研究院 | 图像传感器及其制备方法 |
| CN108566524A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-09-21 | 深圳市光微科技有限公司 | 像素单元、图像传感器芯片、成像系统、像素单元的形成方法以及深度信息测算方法 |
| CN110581190A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-17 | 北京大学 | 一种适应亚微米像素的utbb光电探测器、阵列和方法 |
| CN113329194A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-08-31 | 北京大学 | 一种提取即时运动的图像传感器及其方法 |
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