CN1965410A - 具有集成变容二极管的有源像素传感器单元 - Google Patents

具有集成变容二极管的有源像素传感器单元 Download PDF

Info

Publication number
CN1965410A
CN1965410A CNA2005800188471A CN200580018847A CN1965410A CN 1965410 A CN1965410 A CN 1965410A CN A2005800188471 A CNA2005800188471 A CN A2005800188471A CN 200580018847 A CN200580018847 A CN 200580018847A CN 1965410 A CN1965410 A CN 1965410A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photodiode
exposure
interval
node
unit
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
CNA2005800188471A
Other languages
English (en)
Inventor
P·J·霍珀
P·林多菲尔
M·W·普尔特
Y·米尔戈罗斯基
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.)
Eastman Kodak Co
Original Assignee
Eastman Kodak Co
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 Eastman Kodak Co filed Critical Eastman Kodak Co
Publication of CN1965410A publication Critical patent/CN1965410A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/587—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/63—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current
    • 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
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion

Landscapes

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

Abstract

一种包括至少一个光电二极管和复位电路以及耦接到光电二极管的集成变容器的有源像素传感器单元，一种读出这种单元的方法，以及包括这种单元的阵列的图像传感器。在曝光间隔期间，光电二极管可以曝光于光子，以在光电二极管的第一节点处积累子曝光电荷序列。在曝光间隔的不同子曝光间隔期间每个子曝光电荷积累在第一节点处。在每个复位间隔序列期间复位光电二极管，每个复位间隔出现在不同的一个子曝光间隔之前。可以从该单元确定表示曝光间隔期间积累在存储节点处的曝光电荷的输出信号，其中曝光电荷表示所有子曝光电荷的总和。

Description

具有集成变容二极管的有源像素传感器单元
技术领域
本发明涉及有源像素传感器单元(例如，包括至少一个MOS晶体管和至少一个光电二极管的MOS有源像素传感器单元)和使用它们的方法。在一些实施例中，本发明涉及包括至少一个光电二极管和用于每个光电二极管的集成变容二极管的有源像素传感器单元，以及使用这种单元产生曝光信号的方法，包括在光电二极管子曝光(全部光电二极管曝光间隔的子区间)序列期间对一个这样的变容二极管的电容充电。
背景技术
这里使用表达“MOS器件”作为MOS晶体管的同义词。
这里使用术语“变容二极管”表示其中主要关心的电特性是依赖于电压的电容的半导体器件。例如，可以将NMOS(或者PMOS)晶体管用作变容二极管，并且它的电容由它的栅极和源极之间的电压决定(部分地)。对于另一个例子，可以使用二极管作为变容二极管。
这里使用表达“光电二极管的曝光”(或者“光电二极管曝光”)表示在曝光间隔期间光电二极管对光子(将要感测的)的曝光。这里使用表达曝光间隔(或者曝光周期)的“子曝光间隔”表示曝光间隔(或者曝光周期)的子区间。这里使用表达“光电二极管的子曝光”(或者光电二极管子曝光)表示在曝光间隔的子区间期间光电二极管对光子(将要感测的)的曝光。
这里使用表达“有源像素传感器单元”表示包括至少一个有源晶体管的图像传感器。通常，将有源像素传感器单元实现为以行和列布置的相同传感器单元的阵列的元件。通常，有源像素传感器单元包括至少一个光电二极管、用于每个光电二极管的复位晶体管和至少一个其它的读出晶体管(耦接到列线)，用于读出表示在曝光或者曝光序列期间积累在光电二极管的至少一个端子上的光生电荷的信号。控制每个复位晶体管，以复位光电二极管。通常对于每一曝光，控制至少一个读出晶体管，以在光电二极管已经被复位之后但是在它被曝光于将要感测的光子之前对列线认定表示光电二极管两端的电压的预曝光信号，并然后在光电二极管已经被曝光于将要感测的光子之后对列线认定表示光电二极管两端的电压的后曝光信号。可以通过读出电路(其通常沿着远离单元的列线设置)处理预曝光和后曝光信号，以在曝光过程中产生表示积累在光电二极管的至少一个端子上的光生电荷的信号。
一种常规有源像素传感器单元是包括至少一个MOS晶体管和至少一个光电二极管的MOS有源像素传感器单元。在使用中，读出电路耦接到该单元(例如耦接到与该单元耦接的列线)。
通过使用成像单元的阵列(通常包括大量的成像单元)的数码照相机快速代替传统的基于胶片的照相机以将接收到的光能量转换成表示图像的电信号。在数码照相机中使用以捕获入射的光能量的一种成像单元是有源像素传感器单元。
图1是常规有源像素传感器单元100的示意图。如图1所示，单元100包括光电二极管112(具有耦接到节点A的第一端子和接地的第二端子)、NMOS复位晶体管114，其源极连接到光电二极管112以及其漏极被维持在电势Vdd、NMOS读出晶体管116(源跟随器放大器晶体管)，其栅极连接到光电二极管112以及其漏极被维持在电势Vdd、和NMOS行选择晶体管118，其漏极连接到读出晶体管116的源极。晶体管118的源极耦接到位线。典型地，当单元100是沿着行和列布置的单元阵列的元件时，该位线是列线。耦接晶体管118的栅极以接收控制位“CTL”。通常(例如，当单元100是沿着行和列布置的单元阵列的元件时)，CTL是行选择位，其被加以高脉冲以选择包括单元100的传感器单元的行。
有源像素传感器单元100的操作通常包括三个步骤：复位步骤，其中晶体管114被简短地开启以在光电二极管112两端设置预定初始电压；曝光步骤，其中将入射到光电二极管112上的光子转换成电荷(也就是，光生电荷迁移到光电二极管112的第一端子，同时光电二极管112被曝光于入射光子，由此减少复位步骤期间已经放置在第一端子上的初始电荷)；和信号读出步骤，其中读出表示光生电荷的信号(也就是，作为经过晶体管116和118的沟道的电流)。
在复位步骤期间，利用复位电压VR(例如VR＝5伏)给复位晶体管114的栅极加以脉冲以导通晶体管114。作为响应，在光电二极管112在其端子之间被充电到初始电压VR-VT的意义上复位该光电二极管112，其中VT是复位晶体管114的阈值电压。
在曝光步骤中，撞击光电二极管112的光子产生电子空穴对。所得到的光生电荷迁移到光电二极管112的端子。将光电二极管112设计成限制新形成的电子空穴对之间的复合。结果，光生空穴被吸引到光电二极管112的第二端子(接地端子)，同时光生电子被吸引到光电二极管112的第一端子。到达第一端子的光生电子降低了光电二极管112两端的电压。
在曝光步骤(有时称为曝光间隔)结束时，光电二极管112两端的最终电压是VR-VT-VS，其中VS表示由于到达光电二极管112的第一端子的光生载流子导致的电压变化。因此，通过曝光间隔开始时的电压减去曝光间隔结束时的电压确定VS：VS＝((VR-VT)-(VR-VT-VS))，其表示曝光间隔期间入射到光电二极管上的光子的数量。
在曝光步骤之后的读出步骤期间，通过导通行选择晶体管118(其在复位和曝光步骤期间关断)读出有源像素传感器单元100。当行选择晶体管118导通时，光电二极管112上的电压(VR-VT-VS)(节点A的电势高于地)决定了读出晶体管116的栅极上的电压，其又决定了流过晶体管116和118的电流的大小。然后通过沿着位线(其通常是列线)连接的常规电流检测器(未示出)检测经过晶体管116和118的沟道的电流。
常规有源像素传感器单元的一个缺点是在低亮度条件下它们通常工作很差。利用常规的基于胶片的照相机，可以在宽范围内(例如，从捕获移动目标的图像的千分之一秒到在非常低的亮度条件下，例如在夜间捕获目标的图像的几秒)调节打开快门的时间量。
然而，利用常规的有源像素传感器单元，其中单元可以曝光于光能量的最大曝光间隔通常在毫秒级。这是因为光电二极管中的漏电流(被称为暗电流)可以在该振幅的时间间隔中将曝光间隔开始时的光电二极管两端的初始电压下拉到(或者接近于)零。这种漏电流被称为“暗电流”，因为漏电流可以将初始光电二极管电压下拉到(或者接近于)零，即使当没有光子入射在光电二极管上时。
因此，当在曝光周期期间常规有源像素传感器单元曝光于光子时，初始光电二极管电压响应入射光子以及暗电流而降低。当曝光周期足够短时，相对于光生电荷降低光电二极管电压的量，暗电流将光电二极管电压仅仅降低了可忽略的量。
然而，当曝光周期足够长时(例如，在毫秒级)，因为相对于光生电荷降低光电二极管电压的量，在曝光周期期间暗电流将光电二极管电压降低了不可忽略的量，所以不能精确地感测入射的光子。如果(典型地)当以毫秒级(或者更长)的曝光周期运行时，有源像素传感器单元不能提供精确的结果，则当在低亮度条件下运行时该传感器单元不是有用的。
需要成像单元可以以比常规有源像素传感器单元更长的曝光周期精确地运行，使得它可以在低亮度条件下精确地感测入射辐射。
发明内容
在实施例类别中，本发明是包括至少一个光电二极管和复位电路以及耦接到该光电二极管的集成变容二极管的有源像素传感器单元。配置复位电路以在包括N个子曝光间隔的曝光间隔期间多次复位光电二极管，其中2N(通常，N大于100)，因此可以在每一个子曝光间隔之前复位(在复位间隔期间)光电二极管。该单元在光电二极管的第一节点具有第一电容，变容二极管耦接在第一节点和存储节点之间，变容二极管在存储节点提供变容二极管电容，并且变容二极管电容比第一电容大得多。第一节点通常是光电二极管的端子，并且光电二极管的另一端子接地。在每一个子曝光间隔期间，由于光电二极管中的光产生，子曝光电荷积累在第一节点处。相对于子曝光间隔，复位间隔足够短，并配置(例如，偏置)变容二极管，使得在曝光间隔期间曝光电荷积累在存储节点处，以及在子曝光间隔的最后一个结束时的曝光电荷表示在所有子曝光间隔期间积累的子曝光电荷的总和。例如，在最后的子曝光间隔结束时的曝光电荷至少基本上等于在子曝光间隔期间积累的子曝光电荷的总和，或者这种曝光电荷与在子曝光间隔期间积累的子曝光电荷的总和至少基本上成比例。该单元还包括输出电路，其被耦接到存储节点并被配置用以在该单元的输出处确定(assert)输出信号(表示存储节点上的电荷或者电势)。在一些实施例中，输出电路包括源跟随器晶体管，其栅极耦接到存储节点，并且输出信号是经过源跟随器晶体管的沟道的电流(表示存储节点的电势)。
在典型的实施例中，变容二极管是场效应、选通结器件(例如，MOS晶体管，或者被实现为MOS晶体管但是具有两个而不是三个端子的MOS二极管)。当适当地偏置变容二极管时，它的源或漏区在存储节点处提供变容二极管电容。
在优选实施例类别中，本发明的单元包括被实现为其漏极是存储节点的NMOS晶体管的变容二极管。优选地，该单元的输出电路包括其栅极耦接到该存储节点的源跟随器晶体管，以及该单元的输出信号是经过源跟随器晶体管的沟道的电流(表示存储节点处的电势)。在运行的过程中，偏置变容二极管，使得通过其漏区的耗尽扩散区物理地产生变容二极管电容。为了读出该类别中的单元，可以导通位选择晶体管(具有和源跟随器晶体管的沟道串联连接的沟道)以允许外部电路(例如，通过列线耦接到该单元的外部电路)感测流过源跟随器晶体管的沟道的电流(表示存储节点的电势并由此表示积累在存储节点处的曝光电荷)。
在其它实施例中，本发明是用于使用本发明的有源像素传感器单元(包括耦接到存储节点的集成变容二极管)的任何实施例来产生曝光信号(表示存储节点上的电荷或者电势)的方法，包括在光电二极管子曝光间隔序列期间对存储节点处的变容二极管电容充电。子曝光间隔是整个光电二极管曝光间隔的子区间。
本发明的另一个方面是用于读出有源像素传感器单元的方法，该有源像素传感器单元包括存储节点、具有第一节点的至少一个光电二极管和耦接在第一节点和存储节点之间的集成变容二极管，所述方法包括以下步骤：在包括N个子曝光间隔的曝光间隔期间将光电二极管曝光于光子，其中2N(通常，N大于100)，以在第一节点处积累子曝光电荷序列，其中，由于在光电二极管中的光产生，在不同的其中一个子曝光间隔期间，每个子曝光电荷积累在第一节点处；在复位间隔序列中的每一个期间复位光电二极管，在不同的其中一个子曝光间隔之前出现每个复位间隔；以及在曝光间隔期间确定表示积累在存储节点处的曝光电荷的输出信号，其中该曝光电荷表示所有子曝光电荷的总和。在典型实施例中，该单元在第一节点处具有第一电容，该变容二极管在存储节点处提供变容二极管电容，并且变容二极管电容比第一电容大得多。在一些实施例中，光电二极管具有暗电流时间，并且每个复位间隔和每个子曝光间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间。在其它实施例中，光电二极管具有暗电流时间，每个复位间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间，并且每个子曝光间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间。在一些实施例中，该单元包括具有耦接到存储节点的栅极和沟道的源跟随器晶体管，和具有与源跟随器晶体管的沟道串联连接的沟道的位选择晶体管，以及确定输出信号的步骤包括对位选择晶体管的栅极确定控制信号以导通所述位选择晶体管，由此允许表示曝光电荷的电流流过位选择晶体管的沟道和源跟随器晶体管的沟道的步骤。
在一些实施例中，本发明的单元包括一个以上的光电二极管(例如用于接收具有红光波长的光子的光电二极管，用于接收具有蓝光波长的光子的另一光电二极管，和用于接收具有绿光波长的光子的第三光电二极管)，和用于每个光电二极管的集成变容二极管和复位电路。根据本发明包括输出电路(通常包括用于每个光电二极管的源跟随器晶体管)，以允许通过在曝光间隔期间将光电二极管曝光于光子，在曝光间隔期间多次复位该光电二极管，以及(在曝光间隔之后)读出表示在曝光间隔期间光电二极管中光生电荷的量的信号(借助在曝光间隔结束时在存储节点处积累的电荷来确定)来读出每个光电二极管。
本发明的另一个方面是包括单元阵列的图像传感器，其中每个单元是本发明的有源像素传感器单元的实施例。通常，这种图像传感器的单元设置成单元的行和列，单元的列中的每一个耦接到不同的列线，每一行的单元耦接到不同的列线，以及所有的列线耦接到读出电路用于在曝光间隔之后读出阵列的所有单元(例如，通过同时读出第一行中的所有单元，然后同时读出另一行中的所有单元等等，直到读出所有的行为止)。任选地，该图像传感器包括附加的元件，例如放大电路和/或模数转换电路用于将读出电路的模拟输出转换成表示每个感测的图像的至少一个位流(例如，数字静止图像数据或者数字视频数据)。
在优选实施例中，本发明的有源像素传感器单元被实现为集成电路，以及包括本发明的有源像素传感器单元的阵列的图像传感器也被实现为集成电路。
附图说明
图1是常规有源像素传感器单元的示意图。
图2是本发明的有源像素传感器单元的实施例的示意图。
图3是包括有源像素传感器单元的M×N阵列的图像传感器的简化框图，其中每个单元是本发明的有源像素传感器单元的实施例。
具体实施方式
将参考图2描述本发明的有源像素传感器单元(在图2中标记为单元200)的实施例。有源像素传感器单元200包括光电二极管212(具有耦接到节点B的第一端子和接地的第二端子)、NOMS复位晶体管214，其源极连接到节点B以及在工作时其漏极保持在电势Vdd、NMOS晶体管220(这里有时称为集成变容二极管220)，其漏极耦接到节点B以及其源极耦接到节点C、NMOS读出晶体管216(源跟随器放大器晶体管)，其栅极连接到节点C以及在工作时其漏极保持在电势Vdd、和NMOS位选择晶体管218，其漏极连接到读出晶体管216的源极。晶体管218的源极耦接到位线。典型地，当单元200是沿着行和列布置的单元的阵列的元件时，所述位线是列线以及阵列读出电路(未示出)耦接到该列线。耦接晶体管218的栅极以接收控制位“CTL”。通常(例如，当单元200是沿着行和列布置的单元的阵列的元件时)，控制位CTL是行选择位，其被加以高脉冲以选择包括单元200的传感器单元行。
考虑本发明的单元的结构的多种变化。例如，除了NMOS复位晶体管214之外复位电路可以耦接到节点B。例如，复位电路可以包括PMOS晶体管或者具有耦接到节点B的沟道端子(例如源极或者漏极)的其它晶体管。再例如，除了NMOS读出晶体管216和NMOS位选择晶体管218之外的电路(例如，PMOS晶体管或者其它晶体管)可以耦接到节点C，用于在适当的时间对位线确定输出信号(表示节点C处的电势或者Vcap上的电荷)。
图3是包括有源像素传感器单元的M×N阵列的图像传感器的简化框图。所述单元布置成行和列，并包括包含单元300、301和303的第一行单元、包含单元400、401和403的第二行单元和包含单元500、501和503的第N行单元。图3传感器的每一个单元是本发明的有源像素传感器单元的实施例(例如，每一个单元可以等同于图2的单元200)。不同的列线耦接到图3传感器的单元的每一列，以及读出电路600耦接到列线。例如，单元300、400和500耦接到列线CLI，单元301、401和501耦接到列线CL2，以及单元303、403和503耦接到列线CLM。为了在曝光间隔(包括多个子曝光间隔)结束时读出传感器，电路600感测每个列线上的输出电流(来自所述单元的一个所选行的不同单元的每个输出电流)(例如在每个单元等同于图2的单元200的情况下流过位选择晶体管218的沟道的电流)，同时顺序选择各行。例如，在读出的过程中，确定(例如加以高脉冲)行选择位RS1(但是没有其它行选择信号)以选择第一行，然后确定(例如加以高脉冲)行选择位RS2(但是没有其它行选择信号)以选择第二行，然后选择(一次一行地)单元的每个其它行(其是存在的)，并最后确定行选择位RSN(但是没有其它行选择信号)以选择第N行。通常，读出电路600包括放大电路以及任选地还包括模数转换电路，用于将为每个列线产生的模拟输出转换成位流。
在实施例类别中，本发明的单元包括经受(在工作期间)被称为暗电流的类型的漏电流的光电二极管，并且这种光电二极管具有特征时间，其在这里被称为“暗电流时间”。例如，在图2的单元200的工作期间，光电二极管202经受暗电流，并且光电二极管202的每一次执行具有特征暗电流时间。当这种光电二极管已经被复位以跨越它的端子具有预定电压(“V”)，并然后允许光电二极管的第一端子浮置同时另一端子保持在参考电势时，“暗电流时间”是暗电流使光电二极管两端的电压降到fV的时间，其中f是在0.80＜f＜0.90范围内的预定因子。通常，因子f等于(或者基本等于)0.85。
在实施例类别中，在下面的意义上，单元200工作在AC模式中。在曝光间隔期间光电二极管212曝光于光子，同时在曝光间隔期间多次复位光电二极管212。在曝光间隔之后，读出曝光间隔期间表示光电二极管中光生电荷的量的信号(由曝光间隔结束时存储在变容二极管上的电荷确定)。在这些实施例中，单元200的运行包括(2N)+1个步骤，其中N是整数(N通常是大的整数，例如，N＝1000或者10,000)，并且这些步骤包括N次执行两步骤序列(复位步骤，其后是子曝光步骤)，其后是信号读出步骤。
任选地，存在初步读出操作，其中光电二极管212被复位但是没有曝光于光子，然后关断晶体管214对于节点C处的电势来说足够的间隔，以匹配节点B处的电势(VR-VT)。然后通过对晶体管218的栅极确定具有高值的控制位CTL以导通晶体管218来初步读出单元200，以使得电流经过晶体管216和218的沟道流到读出电路，其没有被示出但是耦接到位线(其通常是列线)。读出电路从该电流决定该值(VR-VT)。
在这种初步读出操作(如果其被执行了)之后，每一个复位步骤的持续时间比光电二极管的暗电流时间小得多，以及每个子曝光步骤的持续时间小于(并优选远远小于)光电二极管的暗电流时间。在典型的实施方式中，光电二极管202的暗电流时间在毫秒的数量级，每个子曝光步骤具有在微秒数量级的持续时间，以及每个复位步骤具有小于(例如，远远小于)每个子曝光步骤的持续时间的持续时间。在这些实施方式中，该单元可以以任何持续时间的曝光间隔精确地工作(假设在曝光间隔期间进行了N个子曝光步骤，其中N是至少两个)。例如，该单元可以以1毫秒(如果N＝103)、10毫秒(如果N＝104)、1秒(如果N＝106)或者10秒(如果N＝107)的曝光间隔精确地工作。在其它的典型实施方式中，每个子曝光步骤具有在10-x秒的数量级的持续时间(其中5≤x≤8，并且x的特定值依赖于使用的光电二极管的暗电流时间)，并且每个复位步骤具有小于(例如，远远小于)每个子曝光步骤的持续时间的持续时间。
在每个复位步骤期间，对晶体管214的栅极(图2的节点A)确定具有大小为VR(例如VR＝5伏)和持续时间Tr的复位电压脉冲以导通晶体管214。作为响应，在光电二极管212的端子之间将其充电到初始电压VR-VT的意义上复位该光电二极管212，其中VT是晶体管214的阈值电压。通常，相对于其后的子曝光步骤的持续时间，每个复位步骤的持续时间是非常简短的(Tr非常短)。在每个子曝光步骤期间，将入射到光电二极管212的光子转换成电荷，并且光生电荷迁移到光电二极管212的第一端子，同时光电二极管212曝光于入射的光子，由此减少在紧接在前的复位步骤期间已经放置在第一端子上的初始电荷。在每个子曝光步骤期间将晶体管214的栅极保持在地电势。在信号读出步骤中，读出表示光生电荷的信号(即，作为经过晶体管216和218的沟道的电流)。
因此为了读出光电二极管212，在曝光间隔期间光电二极管212曝光于光子(其中光电二极管212被复位N次，其中N可以是大的数)，并然后读出曝光间隔期间表示光电二极管中光生电荷的信号。每个子曝光步骤发生在曝光间隔的子区间期间。整个曝光间隔具有持续时间NT，其中T是每个子曝光步骤的持续时间，以及N是执行的子曝光步骤的数量。
在每个子曝光步骤期间，撞击光电二极管212的光子产生电子空穴对。所得到的光生电荷迁移到光电二极管212的端子。将光电二极管212设计成限制新形成的电子空穴对之间的复合，并且由此光生空穴被吸引到光电二极管212的第二端子(其是接地的)以及光生电子被吸引到光电二极管212的第一端子。到达第一端子的每个光生电子降低了光电二极管212两端的电压。
在N个复位间隔的每一个和N个子曝光间隔的每一个期间，晶体管214和218是关断的，并且晶体管220优选工作在亚阈值。通过将其栅极保持在高于地的电势0.2伏≤VG≤0.3伏，晶体管220的典型实施方式工作在亚阈值。
晶体管220在节点C和地之间提供电容(在图2中标记为Vcap)。优选地，通过晶体管220的漏区的耗尽扩散区物理地产生该电容。应当理解的是，在单元200中优选提供节点C和地之间的电容(“Vcap”)，而不需要在单元200中实现电容器，其与晶体管220分开且不同。
在下面的意义上，晶体管220“集成”表示在整个曝光间隔期间入射在光电二极管212上的光子的数量的信号。在每一个子曝光间隔期间，节点C(晶体管220的漏极)处的电势以由和晶体管220相关的时间常数确定的速率逼近节点B处的电势(在图2中标记为高于地的“Vd”)。该时间常数由节点C处的电容确定(其通常又由晶体管220的漏区的耗尽扩散区的特性来确定)。然而，在每个复位间隔期间节点C处的电势不明显地变化。这是因为每个复位间隔的持续时间被控制得足够短，使得在复位间隔期间对于节点C处的电势没有足够的时间明显地变化(尽管在复位间隔期间节点B处的电势通常没有明显变化)。在整个曝光间隔内存在足够数量的子曝光间隔，使得节点C处的电势(在最后一个子曝光间隔结束时)和节点B处的电势(在最后一个子曝光间隔结束时)匹配到误差的预定可接受的容限内。
对于单元200为了以前面段落中所述的方式工作，晶体管220和光电二极管212被实施(以及在工作期间被偏置)，使得节点B处的电容(由光电二极管212决定)比节点C处的电容(Vcap)小得多。因此单元200的成功运行依赖于和节点C处的电容(Vcap)(通常由晶体管220决定)相关的时间常数、和节点B处的电容(光电二极管212的电容)相关的时间常数以及光电二极管的暗电流时间之间的适当关系。
对复位晶体管214的栅极确定的复位脉冲序列中的每个复位脉冲具有持续时间Tr，使得每个复位间隔具有比每个子曝光间隔的持续时间Te小得多的持续时间Tr，并且在每个复位间隔期间节点C处的电势没有显著升高(高于复位间隔开始时它的值)。实施集成变容二极管220和光电二极管212，选择每个子曝光间隔的持续时间Te和每一曝光子曝光间隔的数量，使得在每个子曝光间隔期间节点C处的电势充分降低，以至于在最后一个子曝光间隔结束时，节点C处的电势没有显著区别于节点B处的电势。换句话说，在所有的子曝光间隔范围内，在最后一个子曝光间隔结束时，集成变容二极管220将节点C处的电压提升到等于(或者基本等于)节点B处的电势的值。在最后的子曝光间隔结束时存储在变容二极管220的大区域漏极电容(Vcap)上的所有电荷大于在每个单独的子曝光间隔开始时存储在光电二极管212上的电荷。
如果在第“n”个复位间隔开始时节点C处的电势是Vn，以及在这个复位间隔结束时节点C处的电势是Vn+Δn，那么可以实现单元200，使得对于每个复位间隔|Δn|比|Vn|小得多。在每个复位间隔结束时(以及因此在每个子曝光间隔开始时)节点B处的电势是VR-VT。如果在每个子曝光间隔结束时节点B处的电势是VR-VT-VS，以及在最后的子曝光间隔结束时节点C处的电势是VR-VT-VS-ΔV，那么可以实现单元200，使得|ΔV|比VR-VT-VS|小得多。因此，可以实现单元200，使得在最后的子曝光步骤结束时(也就是说在曝光间隔结束时)，晶体管216的栅源电压是VR-VT-VS以在误差的预定容限内，其中VS表示由于在所有子曝光步骤期间到达光电二极管212的第一端子的光生载流子导致的电压变化。
在最后的子曝光步骤之后的读出步骤期间，通过对晶体管218的栅极确定具有高值的控制位CTL以导通晶体管218(晶体管218在复位和子曝光步骤期间是关断的)来读出单元200。此时，节点C(读出晶体管216的栅极)处的电势等于节点B处的电势(以在误差的预定容限内)。由于节点B处的电势(高于地)和因此的读出晶体管216上的栅源电压是VR-VT-VS，所以流过晶体管216和218的沟道的电流的大小表示值VR-VT-VS。没有示出但是耦接到位线(其通常是列线)的读出电路可以通过确定差VS＝((VR-VT)-(VR-VT-VS))来确定(根据流过晶体管216和218的沟道的电流)值VS，其表示在曝光间隔期间入射到光电二极管上的光子的数量，其中(VR-VT)是在曝光间隔开始时晶体管216的栅源电压。通过上述类型的初步读出步骤可以确定值(VR-VT)。
在最后的子曝光间隔之后(但是在读出步骤之前)，施加到变容二极管220的栅极的电压(VG)可以显著增加。由于耦合到集成节点(节点C)的该施加的栅感应垂直场，所以通过氧化物和多边边缘场(polyedge fringing field)，进一步耗尽了变容二极管220的漏区的耗尽扩散区。因此，降低了节点C和地之间的电容Vcap，并且节点C处的电势升高(以更几乎接近于在最后的子曝光间隔结束时节点B处的电势)。以这种方式，扩大了读出步骤期间的电流信号(通过晶体管216和218的沟道)。
在读出步骤之后，例如，通过向变容二极管220的栅极施加足够高的电压(VG)以完全导通变容二极管220，并关断复位晶体管214以及允许电容Vcap通过光电二极管212对地放电(例如由于在光电二极管212内从节点C流到节点B的电流和从节点B流到地的暗电流)，变容二极管电容Vcap可以被放电。
实施和常规读出电路一起使用的单元200的典型实施方式，以利用具有相对低的值(例如，1或2伏)的电势Vdd工作。这是因为常规有源像素传感器单元通常以Vdd的这种相对低的值工作(因为如果以Vdd的较高值工作则由于暗电流常规有源像素传感器单元将经受严重的问题)，并且通常将常规读出电路设计成和以Vdd的这种相对低的值工作的有源像素单元一起使用。然而，可以实现单元200或者以Vdd的低值(例如，1或2伏)或者Vdd的较高值工作，因为根据本发明设计和操作单元200，以借助于除了降低Vdd的值之外的手段减小暗电流问题(这种暗电流减小是本发明的重要优点)。
当单元200被实施以和提供在范围0.3到2毫微微法(femtoFarad)内的电容(在节点B处)的光电二极管212一起工作并且Vdd＝1或2伏时，单元200可以采用具有典型大区域漏极电容(例如，在每平方微米1毫微微法的数量级)和适当尺寸以在节点C处获得所需的电容Vcap(Vcap的值比在节点B处的电容大得多)的NMOS晶体管作为变容二极管220，并且变容二极管220的这种NMOS晶体管实施方式在其栅极处于高于地电势的0.2到0.3伏的电势的情况下在整个曝光的子曝光间隔期间工作在亚阈值状态。
考虑本发明的有源像素传感器单元的多种实施例。通常，本发明的单元中的每个光电二极管的深度(也就是它的p-n结的深度)影响光电二极管的电容。经受关于该单元的设计约束，优选最小化该单元的光电二极管的电容。一种典型的设计折衷是对快速读出的需要(具有较浅p-n结的光电二极管通常允许较快的读出)对分辨率(尤其是红光的分辨率)。例如，当单元的预定使用是检测红光波长范围中的可见辐射时，对红光的最佳灵敏性通常需要具有相对深的p-n结的光电二极管。
如果在包括子曝光间隔的曝光间隔期间光电二极管212处的光子通量密度随时间变化，则在(不同的一些子曝光间隔的序列的)每个子曝光间隔结束时(单元200的)节点B处的电势可以具有不同值的序列。即使在这种情况下，尽管在最后的子曝光间隔结束时节点C处的电势可以不和最后的子曝光间隔结束时节点B处的电势匹配，但是在最后的子曝光间隔结束时节点C处的电势将表示在整个曝光间隔期间在光电二极管中光生电子的数量(和由此的入射在光电二极管上的光子的数量)。
通常，当本发明的有源像素传感器单元的行和列的整个阵列对于整个曝光间隔(包括多个子曝光间隔)曝光于光子时，该阵列中的一些单元将具有并入到它们的Vcap上(也就是在每个这种单元的节点C处)的基本电荷(也就是，超过阈值的电荷)，并将因此被读出作为暗单元，以及该阵列中的其它单元将具有并入到它们的Vcap上的少得多的电荷(也就是，小于阈值的电荷)，并将因此被读出作为亮单元。
单元200(和本发明的有源像素传感器单元的至少一些其它实施例)的优点包括下述：更长的曝光间隔是可以的并甚至是有益的，而单元不用经受暗电流泄漏限制；可以实现具有更小面积(也就是曝光于光子的更小面积)的光电二极管；以及可以采用廉价的实施工艺(例如，廉价的标准CMOS工艺)来实现单元，因为光电二极管的暗电流泄漏的量对于该单元的整个运行非常不重要。由于曝光从有源像素传感器单元接收的总信息(假设在曝光期间恒定的入射光子通量密度)表示曝光过程中的光生总电荷＝(光子通量密度)*(二极管面积)*(曝光时间)。因此，不仅本发明的单元可以用比常规单元更长的曝光时间提供精确的结果，而且改善的(升高的)最大曝光时间允许二极管面积的折衷。
在图2的实施例的变型中，用适当偏置的PMOS晶体管替换晶体管214、216、218和220的全部或者一些。在其它的实施例中，用不同于PMOS或者NMOS晶体管的集成变容二极管代替晶体管220。例如，在本发明的有源像素传感器单元的一些实施例中的集成变容二极管可以是适当偏置的二极管而不是MOS晶体管。
在变容二极管220被实现为MOS晶体管的情况下，以对本领域技术人员来说显而易见的方式，通过以所需尺寸(例如，以其栅极的边缘具有所需的长度)实现该晶体管可以将节点C(单元200的)处的电容Vcap设置在所需的值。通过将光电二极管212(使用CMOS制造技术)实施为p型半导体材料上的重掺杂n+层，以被选择用于最小化经受其它的设计限制的光电二极管212的电容的实施参数，优选设置节点B(单元200的)处的电容，所述设计限制包括以下限制：p-n结具有深度(例如，足够浅)使得光电二极管212对所需波长范围的电磁辐射具有预定的灵敏性，以及n+层和p-层材料具有足够的厚度(并适当地放置p-n结)以在光电二极管212中获得足够大的体积，其中可以产生光生电子并且这些电子有可能迁移到适当的光电二极管端子。
在所述的实施例的变型中，以多种其它方式的任何一种实现(和在工作中偏置)光电二极管。例如，可以用极性半导体材料实现光电二极管，使得在曝光过程中光生空穴(而不是电子)迁移到光电二极管端子，以便于确定被检测的光电二极管电压。
在一些实施例中，本发明的单元包括一个以上的光电二极管(例如，一个用于接收具有红色波长的光子，另一个用于接收具有蓝色波长的光子，以及第三个用于接收具有绿色波长的光子)，和用于每个光电二极管的集成变容二极管和源跟随器晶体管(任选地以及其它元件)。根据本发明，通过在曝光间隔期间将光电二极管曝光于光子以及在曝光间隔期间多次复位光电二极管，并且(在曝光间隔之后)读出表示曝光间隔期间光电二极管中的光生电荷的量的信号(通过在曝光间隔结束时存储在变容二极管上的电荷确定)来读出每个光电二极管。

Claims (47)

1、一种有源像素传感器单元，包括：
至少一个光电二极管，其被配置成在包括至少两个子曝光间隔的曝光间隔期间曝光于光子；
复位电路，其耦接到光电二极管；和
集成变容二极管，其耦接在光电二极管和存储节点之间，并被配置使得在曝光间隔期间曝光电荷积累在存储节点处。
2、如权利要求1的单元，其中光电二极管具有第一节点，变容二极管耦接在第一节点和存储节点之间，该单元在第一节点处具有第一电容，该变容二极管在存储节点处提供变容二极管电容，以及该变容二极管电容比第一电容大得多。
3、如权利要求1的单元，其中复位电路被配置用以在复位间隔序列的每一个期间复位光电二极管，复位间隔的每一个在子曝光间隔的不同的一个之前，并且光电二极管被配置使得在每一个子曝光间隔期间子曝光电荷积累在第一节点处，
其中复位间隔相对于子曝光间隔足够短，并且变容二极管电容相对于第一电容足够大，使得在子曝光间隔的最后一个结束时的曝光电荷表示在所有子曝光间隔期间积累在第一节点处的子曝光电荷的总和。
4、如权利要求1的单元，其中光电二极管具有第一节点，复位电路是具有耦接到第一节点的沟道端子的MOS晶体管，以及变容二极管耦接在第一节点和存储节点之间。
5、如权利要求4的单元，其中第一节点是光电二极管的非接地端子。
6、如权利要求1的单元，还包括：
输出电路，其耦接到存储节点和输出节点，并被配置用于在输出节点处确定表示存储节点的电势的输出信号。
7、如权利要求6的单元，其中输出电路包括具有耦接到存储节点的栅极的MOS晶体管。
8、如权利要求1的单元，还包括：
输出电路，其耦接到存储节点和输出节点，并被配置用于在输出节点处确定表示存储节点上的电荷的输出信号。
9、如权利要求1的单元，其中变容二极管是场效应、选通结器件。
10、如权利要求9的单元，其中光电二极管具有第一节点，复位电路是具有耦接到第一节点的沟道端子的晶体管，以及变容二极管是其沟道耦接在第一节点和存储节点之间的MOS晶体管。
11、如权利要求9的单元，其中在该单元的工作期间偏置变容二极管，使得变容二极管的源区和漏区中的一个在存储节点处提供变容二极管电容。
12、如权利要求11的单元，其中变容二极管是NMOS晶体管，其在该单元的工作期间被偏置使得所述变容二极管的漏区在存储节点处提供变容二极管电容。
13、一种用于使用有源像素传感器单元来产生表示存储节点上的电荷和电势中的一个的曝光信号的方法，其中该单元具有至少一个光电二极管、耦接到光电二极管的复位电路、和耦接在光电二极管的第一节点和存储节点之间的集成变容二极管，所述方法包括以下步骤：
在包括子曝光间隔序列的曝光间隔期间将光电二极管曝光于光子；以及
在复位间隔序列的每一个期间复位光电二极管，以在每个复位间隔结束时设置所述光电二极管两端的预定电压，其中每个复位间隔在子曝光间隔的不同的一个之前，由此在每个子曝光间隔期间子曝光电荷积累在第一节点处，以及在曝光间隔期间对存储节点处的变容二极管电容充电。
14、如权利要求13的方法，其中该单元在第一节点处具有第一电容，变容二极管在存储节点处提供变容二极管电容，以及变容二极管电容比第一电容大得多，并且复位间隔相对于子曝光间隔足够短，以及变容二极管电容相对于第一电容足够大，使得在子曝光间隔的最后一个结束时的曝光电荷表示在所有子曝光间隔期间积累在第一节点处的子曝光电荷的总和。
15、如权利要求13的方法，其中光电二极管具有暗电流时间，以及每个复位间隔和每个子曝光间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间。
16、如权利要求15的方法，其中暗电流时间是特征时间，其中如果没有复位所述光电二极管，则暗电流导致光电二极管两端的电压从V降低到fV，其中“V”是预定电压，以及“f”至少基本上等于0.85。
17、如权利要求13的方法，其中光电二极管具有暗电流时间，每个复位间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间，以及每个子曝光间隔具有小于暗电流时间的持续时间。
18、如权利要求17的方法，其中暗电流时间在毫秒的数量级，每个子曝光间隔具有在微秒数量级的持续时间，以及每个复位间隔具有小于每个子曝光间隔的持续时间的持续时间。
19、如权利要求18的方法，其中子曝光间隔的序列包括至少一千个子曝光间隔。
20、如权利要求18的方法，其中子曝光间隔的序列包括至少一百万个子曝光间隔。
21、如权利要求17的方法，其中暗电流时间在毫秒的数量级，以及每个子曝光间隔具有在10-x秒的数量级的持续时间，其中5≤x≤8。
22、如权利要求17的方法，其中暗电流时间是特征时间，其中如果没有复位所述光电二极管，则暗电流导致光电二极管两端的电压从V降低到fV，其中“V”是预定电压，以及“f”至少基本上等于0.85。
23、一种用于读出有源像素传感器单元的方法，该单元具有存储节点、具有第一节点的至少一个光电二极管、和耦接在第一节点和存储节点之间的集成变容二极管，所述方法包括以下步骤：
在包括N个子曝光间隔序列的曝光间隔期间将光电二极管曝光于光子，其中2≤N，由此将子曝光电荷序列积累在第一节点处，其中在子曝光间隔的不同的一个期间由于光电二极管中的光产生每个子曝光电荷积累在第一节点处；
在每个复位间隔序列期间复位光电二极管，每个复位间隔在子曝光间隔的不同的一个之前；以及
确定表示在曝光间隔期间积累在存储节点处的曝光电荷的输出信号，其中曝光电荷表示所有子曝光电荷的总和。
24、如权利要求23的方法，其中N大于100。
25、如权利要求23的方法，其中光电二极管具有暗电流时间，以及每个复位间隔和每个子曝光间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间。
26、如权利要求25的方法，其中在每个复位间隔期间复位光电二极管，以在所述每个复位间隔结束时在所述光电二极管两端设置预定电压，以及该暗电流时间是特征时间，其中如果没有复位所述光电二极管，则暗电流导致光电二极管两端的电压从V降低到fV，其中“V”是预定电压，以及“f”至少基本上等于0.85。
27、如权利要求23的方法，其中光电二极管具有暗电流时间，每个复位间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间，以及每个子曝光间隔具有小于暗电流时间的持续时间。
28、如权利要求27的方法，其中暗电流时间在毫秒的数量级，每个子曝光间隔具有在微秒数量级的持续时间，以及每个复位间隔具有小于每个子曝光间隔的持续时间的持续时间。
29、如权利要求28的方法，其中1000≤N。
30、如权利要求28的方法，其中1,000,000≤N。
31、如权利要求27的方法，其中在每个复位间隔期间复位光电二极管，以在所述每个复位间隔结束时在所述光电二极管两端设置预定电压，以及暗电流时间是特征时间，其中如果没有复位所述光电二极管，则暗电流导致光电二极管两端的电压从V降低到fV，其中“V”是预定电压，以及“f”至少基本上等于0.85。
32、如权利要求23的方法，其中光电二极管具有暗电流时间，每个复位间隔具有比暗电流时间小得多的持续时间，每个子曝光间隔具有小于暗电流时间的持续时间，该单元在第一节点处具有第一电容，变容二极管在存储节点处提供变容二极管电容，并且该变容二极管电容比第一电容大得多。
33、如权利要求32的方法，其中暗电流时间在毫秒的数量级，以及每个子曝光间隔具有在10-x秒的数量级的持续时间，其中5≤x≤8。
34、如权利要求23的方法，其中该单元包括源跟随器晶体管和位选择晶体管，该源跟随器晶体管具有耦接到存储节点的栅极和沟道，该位选择晶体管具有和源跟随器晶体管的沟道串联连接的沟道，以及确定输出信号的步骤包括以下步骤：
对位选择晶体管的栅极确定控制信号以导通所述位选择晶体管，由此允许表示曝光电荷的电流流过位选择晶体管的沟道和源跟随器晶体管的沟道。
35、一种包括有源像素传感器单元的阵列的图像传感器，其中每个单元包括：
至少一个光电二极管，其被配置成在包括至少两个子曝光间隔的曝光间隔期间曝光于光子；
复位电路，其耦接到光电二极管；和
集成变容二极管，其耦接在光电二极管和存储节点之间，并被配置使得在曝光间隔期间曝光电荷积累在存储节点处。
36、如权利要求35的传感器，其中所述单元以单元的行和列设置，所述传感器还包括：
列线组，其中单元的列中的每一个耦接到所述列线的不同的一个，以及每一行的单元耦接到所述列线的不同的一些；和
读出电路，其中所述列线耦接到该读出电路，并且该读出电路被配置用于在曝光间隔之后读出阵列的所有单元。
37、如权利要求35的传感器，其中在每个单元中，光电二极管具有第一节点，变容二极管耦接在第一节点和存储节点之间，该单元在第一节点处具有第一电容，变容二极管在存储节点处提供变容二极管电容，并且该变容二极管电容比第一电容大得多。
38、如权利要求35的传感器，其中在每个单元中，复位电路被配置用于在复位间隔序列的每一个期间复位光电二极管，每个复位间隔在子曝光间隔的不同的一个之前，以及配置光电二极管使得在每个子曝光间隔期间子曝光电荷积累在第一节点处，
其中复位间隔相对于子曝光间隔足够短，以及变容二极管电容相对于第一电容足够大，使得在子曝光间隔的最后一个结束时的曝光电荷表示在所有的子曝光间隔期间积累在第一节点处的子曝光电荷的总和。
39、如权利要求35的传感器，其中在每个单元中，光电二极管具有第一节点，复位电路是具有耦接到第一节点的沟道端子的MOS晶体管，以及变容二极管耦接在第一节点和存储节点之间。
40、如权利要求39的传感器，其中在每个单元中，第一节点是光电二极管的非接地端子。
41、如权利要求35的传感器，其中每个单元还包括：
输出电路，其耦接到存储节点和输出节点，并被配置用于在输出节点处确定表示存储节点的电势的输出信号。
42、如权利要求41的传感器，其中在每个单元中，输出电路包括具有耦接到存储节点的栅极的MOS晶体管。
43、如权利要求35的传感器，其中每个单元还包括：
输出电路，其耦接到存储节点和输出节点，并被配置用于在输出节点处确定表示存储节点上的电荷的输出信号。
44、如权利要求35的传感器，其中在每个单元中，变容二极管是场效应、选通结器件。
45、如权利要求44的传感器，其中在每个单元中，光电二极管具有第一节点，复位电路是具有耦接到第一节点的沟道端子的晶体管，以及变容二极管是其沟道耦接在第一节点和存储节点之间的MOS晶体管。
46、如权利要求44的传感器，其中在每个单元中，变容二极管在工作期间被偏置，使得变容二极管的源区和漏区中的一个在存储节点处提供变容二极管电容。
47、如权利要求46的传感器，其中在每个单元中，变容二极管是NMOS晶体管，其在工作期间被偏置使得所述变容二极管的漏区在存储节点处提供变容二极管电容。
CNA2005800188471A 2004-06-08 2005-06-03 具有集成变容二极管的有源像素传感器单元 Pending CN1965410A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/863,058 2004-06-08
US10/863,058 US7102117B2 (en) 2004-06-08 2004-06-08 Active pixel sensor cell with integrating varactor and method for using such cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1965410A true CN1965410A (zh) 2007-05-16

Family

ID=34972237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2005800188471A Pending CN1965410A (zh) 2004-06-08 2005-06-03 具有集成变容二极管的有源像素传感器单元

Country Status (7)

Country Link
US (2) US7102117B2 (zh)
EP (1) EP1754258A1 (zh)
JP (1) JP2008502168A (zh)
KR (1) KR20070034485A (zh)
CN (1) CN1965410A (zh)
TW (1) TW200623403A (zh)
WO (1) WO2005124867A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105681695A (zh) * 2014-11-17 2016-06-15 北京计算机技术及应用研究所 一种cmos图像传感器像素电路及其控制方法
CN106960649A (zh) * 2015-11-13 2017-07-18 原相科技(槟城)有限公司 像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法
CN108282621A (zh) * 2018-03-01 2018-07-13 上海晔芯电子科技有限公司 降低led光源闪烁影响的图像传感器像素结构及成像系统
CN110352593A (zh) * 2016-12-19 2019-10-18 Bae系统成像解决方案有限公司 降低暗电流的影响的全局快门方案
CN110634902A (zh) * 2016-06-13 2019-12-31 深圳大学 一种超高速快门半导体影像传感器
CN112088529A (zh) * 2018-03-02 2020-12-15 脸谱科技有限责任公司 具有自适应曝光的数字像素阵列
CN113170063A (zh) * 2018-12-07 2021-07-23 光子科学研究所基金会 光电子装置、读出方法及光电子装置的用途

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG121094A1 (en) * 2004-09-13 2006-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Photodetector-amplifier circuit and optical pickupdevice
WO2007080555A1 (en) 2006-01-16 2007-07-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Phosphor converted light emitting device
US8026966B2 (en) * 2006-08-29 2011-09-27 Micron Technology, Inc. Method, apparatus and system providing a storage gate pixel with high dynamic range
US7635833B2 (en) * 2007-01-10 2009-12-22 Forza Silicon Electronic neutral density filter
US8487231B2 (en) * 2007-03-05 2013-07-16 Arokia Nathan Sensor pixels, arrays and array systems and methods therefor
CN101904165A (zh) * 2007-12-21 2010-12-01 福通尼斯荷兰公司 图像传感器阵列，增强的图像传感器阵列，电子轰击图像传感器阵列装置以及用于这些图像传感器阵列的像素传感器元件
KR101294386B1 (ko) * 2011-04-13 2013-08-08 엘지이노텍 주식회사 픽셀, 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서
KR101241466B1 (ko) * 2011-04-13 2013-03-11 엘지이노텍 주식회사 픽셀 어레이, 이를 포함하는 이미지센서 및 그 구동 방법
KR101294445B1 (ko) * 2011-04-13 2013-08-07 엘지이노텍 주식회사 픽셀, 픽셀 어레이, 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서 및 픽셀 어레이의 구동방법
US9723233B2 (en) 2012-04-18 2017-08-01 Brightway Vision Ltd. Controllable gated sensor
US9293500B2 (en) 2013-03-01 2016-03-22 Apple Inc. Exposure control for image sensors
US9276031B2 (en) 2013-03-04 2016-03-01 Apple Inc. Photodiode with different electric potential regions for image sensors
US9041837B2 (en) 2013-03-05 2015-05-26 Apple Inc. Image sensor with reduced blooming
US9741754B2 (en) 2013-03-06 2017-08-22 Apple Inc. Charge transfer circuit with storage nodes in image sensors
US9549099B2 (en) 2013-03-12 2017-01-17 Apple Inc. Hybrid image sensor
US9319611B2 (en) 2013-03-14 2016-04-19 Apple Inc. Image sensor with flexible pixel summing
US9596423B1 (en) 2013-11-21 2017-03-14 Apple Inc. Charge summing in an image sensor
US9596420B2 (en) 2013-12-05 2017-03-14 Apple Inc. Image sensor having pixels with different integration periods
US9473706B2 (en) 2013-12-09 2016-10-18 Apple Inc. Image sensor flicker detection
US10285626B1 (en) 2014-02-14 2019-05-14 Apple Inc. Activity identification using an optical heart rate monitor
US9232150B2 (en) 2014-03-12 2016-01-05 Apple Inc. System and method for estimating an ambient light condition using an image sensor
US9277144B2 (en) 2014-03-12 2016-03-01 Apple Inc. System and method for estimating an ambient light condition using an image sensor and field-of-view compensation
US9584743B1 (en) 2014-03-13 2017-02-28 Apple Inc. Image sensor with auto-focus and pixel cross-talk compensation
US9497397B1 (en) 2014-04-08 2016-11-15 Apple Inc. Image sensor with auto-focus and color ratio cross-talk comparison
US9538106B2 (en) 2014-04-25 2017-01-03 Apple Inc. Image sensor having a uniform digital power signature
US9686485B2 (en) 2014-05-30 2017-06-20 Apple Inc. Pixel binning in an image sensor
US9526468B2 (en) 2014-09-09 2016-12-27 General Electric Company Multiple frame acquisition for exposure control in X-ray medical imagers
US9912883B1 (en) 2016-05-10 2018-03-06 Apple Inc. Image sensor with calibrated column analog-to-digital converters
EP3516692B1 (en) 2016-09-23 2022-02-16 Apple Inc. Stacked backside illuminated spad array
CN110235024B (zh) 2017-01-25 2022-10-28 苹果公司 具有调制灵敏度的spad检测器
US10656251B1 (en) 2017-01-25 2020-05-19 Apple Inc. Signal acquisition in a SPAD detector
US10962628B1 (en) 2017-01-26 2021-03-30 Apple Inc. Spatial temporal weighting in a SPAD detector
US10622538B2 (en) 2017-07-18 2020-04-14 Apple Inc. Techniques for providing a haptic output and sensing a haptic input using a piezoelectric body
US10440301B2 (en) 2017-09-08 2019-10-08 Apple Inc. Image capture device, pixel, and method providing improved phase detection auto-focus performance
US11019294B2 (en) 2018-07-18 2021-05-25 Apple Inc. Seamless readout mode transitions in image sensors
US10848693B2 (en) 2018-07-18 2020-11-24 Apple Inc. Image flare detection using asymmetric pixels
US11233966B1 (en) 2018-11-29 2022-01-25 Apple Inc. Breakdown voltage monitoring for avalanche diodes
US11563910B2 (en) 2020-08-04 2023-01-24 Apple Inc. Image capture devices having phase detection auto-focus pixels
US11546532B1 (en) 2021-03-16 2023-01-03 Apple Inc. Dynamic correlated double sampling for noise rejection in image sensors

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6369853B1 (en) 1997-11-13 2002-04-09 Foveon, Inc. Intra-pixel frame storage element, array, and electronic shutter method suitable for electronic still camera applications
US6452633B1 (en) * 1998-02-26 2002-09-17 Foveon, Inc. Exposure control in electronic cameras by detecting overflow from active pixels
US6512544B1 (en) * 1998-06-17 2003-01-28 Foveon, Inc. Storage pixel sensor and array with compression
WO2000052926A1 (en) 1999-03-04 2000-09-08 Vision-Sciences Inc. Image sensor's unit cell with individually controllable electronic shutter circuit
CA2301345A1 (en) 2000-03-17 2001-09-17 Semiconductor Insights Inc. Frame capture

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105681695B (zh) * 2014-11-17 2018-12-04 北京计算机技术及应用研究所 一种cmos图像传感器像素电路及其控制方法
CN105681695A (zh) * 2014-11-17 2016-06-15 北京计算机技术及应用研究所 一种cmos图像传感器像素电路及其控制方法
CN106960649B (zh) * 2015-11-13 2020-07-21 原相科技股份有限公司 像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法
CN106960649A (zh) * 2015-11-13 2017-07-18 原相科技(槟城)有限公司 像素电路、具有该像素电路的影像系统及其运作方法
CN110634902A (zh) * 2016-06-13 2019-12-31 深圳大学 一种超高速快门半导体影像传感器
CN110634902B (zh) * 2016-06-13 2021-08-17 深圳大学 一种超高速快门半导体影像传感器
CN110352593A (zh) * 2016-12-19 2019-10-18 Bae系统成像解决方案有限公司 降低暗电流的影响的全局快门方案
CN110352593B (zh) * 2016-12-19 2021-10-29 Bae系统成像解决方案有限公司 降低暗电流的影响的全局快门装置
CN108282621A (zh) * 2018-03-01 2018-07-13 上海晔芯电子科技有限公司 降低led光源闪烁影响的图像传感器像素结构及成像系统
CN108282621B (zh) * 2018-03-01 2021-02-26 思特威(上海)电子科技有限公司 降低led光源闪烁影响的图像传感器像素结构及成像系统
CN112088529A (zh) * 2018-03-02 2020-12-15 脸谱科技有限责任公司 具有自适应曝光的数字像素阵列
CN112088529B (zh) * 2018-03-02 2023-04-28 元平台技术有限公司 具有自适应曝光的数字像素阵列
CN113170063A (zh) * 2018-12-07 2021-07-23 光子科学研究所基金会 光电子装置、读出方法及光电子装置的用途

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008502168A (ja) 2008-01-24
US7262401B2 (en) 2007-08-28
TW200623403A (en) 2006-07-01
US20050269482A1 (en) 2005-12-08
KR20070034485A (ko) 2007-03-28
US7102117B2 (en) 2006-09-05
WO2005124867A1 (en) 2005-12-29
US20060266925A1 (en) 2006-11-30
EP1754258A1 (en) 2007-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1965410A (zh) 具有集成变容二极管的有源像素传感器单元
US6797933B1 (en) On-chip design-for-testing structure for CMOS APS (active pixel sensor) image sensor
CN102184930B (zh) 固态成像装置和相机
Weckler Operation of pn junction photodetectors in a photon flux integrating mode
CN100499145C (zh) 具有层叠式雪崩倍增层和低电压读出电子电路的cmos aps
CN100559599C (zh) 有源像素上具有光电导体的图像传感器
US6882367B1 (en) High-sensitivity storage pixel sensor having auto-exposure detection
Andoh et al. A digital pixel image sensor for real-time readout
CN103038666B (zh) 具有增益范围选择的电磁辐射检测器
US6504572B2 (en) Circuit for detecting leaky access switches in CMOS imager pixels
CN103782582A (zh) 具有混合型异质结构的图像传感器
JP2003133513A (ja) 高密度ダイ間相互接続構造
US20040021058A1 (en) System, circuit and method providing a dynamic range pixel cell with blooming protection
US20090173874A1 (en) Optoelectronic Detector with Multiple Readout Nodes and Its Use Thereof
US20100224765A1 (en) Photo Sensor With Pinned Photodiode and Sub-Linear Response
JPH01252077A (ja) 感光ドットマトリクス
US5602407A (en) Switched CCD electrode photodetector
KR20090073119A (ko) Ｃｍｏｓ 이미징 센서
US4682212A (en) Solid-state image pickup device for producing color-separated video signals by use of afterimage rise-time
JP4542138B2 (ja) 垂直色フィルタピクセルセンサに対する簡易化された配線計画
Panina Design and characterisation of SPAD based CMOS analog pixels for photon-counting applications
JP4029135B2 (ja) 光電変換素子及び光電変換装置
Fasnacht et al. Dichromatic spectral measurement circuit in vanilla CMOS
Cheung CMOS active pixel sensor designs for fault tolerance and background illumination subtraction
US20220264047A1 (en) Low-power image sensor system with single-photon avalanche diode photodetectors

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication