CN203801011U - 成像装置 - Google Patents
成像装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203801011U CN203801011U CN201320804425.9U CN201320804425U CN203801011U CN 203801011 U CN203801011 U CN 203801011U CN 201320804425 U CN201320804425 U CN 201320804425U CN 203801011 U CN203801011 U CN 203801011U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pixel
- floating diffusion
- diffusion region
- group
- output
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 81
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 101100328884 Caenorhabditis elegans sqt-3 gene Proteins 0.000 description 7
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 206010027476 Metastases Diseases 0.000 description 1
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013144 data compression Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000005055 memory storage Effects 0.000 description 1
- 230000009401 metastasis Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
本实用新型涉及镜像像素成像装置。成像装置，包括：第一组像素，其中所述第一组像素共享第一浮动扩散区域；以及第二组像素，其中所述第二组像素共享第二浮动扩散区域；其中，所述第一组像素中的第一像素和所述第二组像素中的第二像素经控制分别向所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域转移电荷。
Description
技术领域
本实用新型涉及成像领域，特别地涉及一种镜像像素成像装置。
背景技术
随着图像传感器在移动装置上的广泛应用，对于镜头尺寸的要求越来越高。例如，很多情况下要求镜头尺寸仅为1/3.2英寸或1/4英寸。而对于图像质量的要求也一直不断地提高。因此，图像传感器的分辨率也越来越大。为了达到高分辨率，就要采用面积更小的像素设计。然而，在像素小型化的过程中会遇到各种各样的技术问题。其中，如何在感光面积减小的情况下提高低光照感度是其中一个最重要的问题。
目前，在FSI工艺下最小的像素为1.75微米。如果像素继续减小就无法满足最低的低光照感度要求。虽然采用BSI工艺可以将像素减小为1.4微米，但是，BSI工艺流程复杂，不但增加了成本，而且成品率低也是一个重要的制约因素。因此，BSI工艺的应用只局限在高端的5百万或是8百万像素的图像传感器中。对于中小分辨率的图像传感器，因为其成本因素起决定性的作用，基本不会考虑采用BSI工艺。因此，现有技术中一直存在着一个急需解决的问题：如何在FSI工艺条件下将像素的小型化而不会导致大幅度的成本增加。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，根据本实用新型的一个方面，提出一种成像装置，包括：第一组像素，其中所述第一组像素共享第一浮动扩散区域；以及第二组像素，其中所述第二组像素共享第二浮动扩散区域；其中，所述第一组像素中的第一像素和所述第二组像素中的第二像素经控制分别向所述第一浮 动扩散区域和第二浮动扩散区域转移电荷。
如上所述的成像装置，其中所述第一组像素共享第一重置晶体管和第一输出晶体管；所述第二组像素共享第二重置晶体管和第二输出晶体管。
如上所述的成像装置，其中所述第一浮动扩散区域经过第一输出晶体管连接到第一列输出线；所述第二浮动扩散区域经过第二输出晶体管连接到第二列输出线。
如上所述的成像装置，其中所述第一像素和所述第二像素经控制同时向所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域转移电荷。
如上所述的成像装置，其中所述第一组像素中的第三像素和所述第二组像素中第四像素经控制同时向所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域转移电荷。
如上所述的成像装置，其中所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素的颜色分别为R、Gr、Gb和B。
如上所述的成像装置，其中相同颜色像素的输出值输出到同一列读出电路。
如上所述的成像装置，进一步包括第一多选开关，其连接到所述第一和第二列输出线，使得相同颜色像素的输出值输出到同一列读出电路。
如上所述的成像装置，其中所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域经控制同时向所述第一和第二列输出线输出。
如上所述的成像装置，其中所述第一多选开关对第一和第二列输出线进行时间分隔，以共用同一列读出电路。
如上所述的成像装置，进一步包括第二多选开关，所述第二多选开关连接到所述第一和第二列输出线，所述第一和第二多选开关经控制使得相同颜色像素的输出值输出到同一列读出电路。
如上所述的成像装置，其中所述第一组像素中的每一个像素都具有各自的 感光区域和转移晶体管；所述第一浮动扩散区域位于所述第一组像素中的各个像素的各自的感光区域之间，并与所述第一组像素中的各个像素的转移晶体管相连。
如上所述的成像装置，其中用于形成所述第一和第二重置晶体管的栅极和有源区域位于所述第一和第二组像素中各个像素的感光区域之间横向或纵向排列。
如上所述的成像装置，其中用于形成所述第一和第二输出晶体管的栅极和有源区域位于所述第一和第二组像素中各个像素的感光区域之间横向或纵向排列。
根据本实用新型的另一个方面，提出一种成像方法，包括：重置第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域，其中第一组像素共享所述第一浮动扩散区域，第二组像素共享所述第二浮动扩散区域；将所述第一组像素中的第一像素的电荷转移到第一浮动扩散区域，并且将第二组像素中的第二像素的电荷转移到第二浮动扩散区域；对第一浮动扩散区域采样，并将采样后的电压输出到第一输出线；以及对第二浮动扩散区域采样，并将采样后的电压输出到第二输出线。
如上所述的成像方法，进一步包括：重置第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域；将第一组像素中的第三像素的电荷转移到第一浮动扩散区域，并且将第二组像素中的第四像素的电荷转移到第二浮动扩散区域；对第一浮动扩散区域采样，并将采样后的电压输出到第一输出线；以及对第二浮动扩散区域采样，并将采样后的电压输出到第二输出线。
如上所述的成像方法，其中在采样第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域后，分别包括重置第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域。
如上所述的成像方法，其中所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素的颜色分别为R、Gr、Gb和B。
如上所述的成像方法，第一输出线和第二输出线上的相同颜色的采样信号 经选择而被送入同一列读出电路。
如上所述的成像方法，其中所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域经控制同时向所述第一和第二列输出线输出。
如上所述的成像装置，进一步包括利用第一多选开关对第一和第二列输出线进行时间分隔，以共用同一列读出电路。
如上所述的成像装置，进一步利用第一和第二多选开关经控制使得相同颜色像素的输出值输出到同一列读出电路。
附图说明
下面，将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
图1是一种成像装置的结构的示意图；
图2是表示了一种代表性像素结构的示意图；
图3是表示了一种代表性像素结构的示意图；
图4a是根据本实用新型的一个实施例的包含镜像像素的像素结构示意图；
图4b是根据本实用新型的另一个实施例的包含镜像像素的像素结构示意图；
图5是根据本实用新型的一个实施例的图像传感器的电路示意图；
图6是图5所示的实施例的图像传感器的读取时序图；
图7是根据本实用新型的一个实施例的图像传感器的电路示意图；
图8是图7所示实施例的图像传感器的读取时序示意图；
图9是根据本实用新型的一个实施例的行选控制电路的电路示意图；
图10是根据本实用新型的一个实施例的成像方法的流程图；以及
图11是根据本实用新型的一个实施例的系统的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
术语“像素”一词指含有感光器件或用于将电磁信号转换成电信号的其他器件的电子元件。为了说明的目的，图1描述了一种代表性成像装置，其包含一个像素阵列。图2中描述一种代表性的像素，并且像素阵列中的所有像素通常都将以类似的方式制造。
图1表示了一种成像装置的结构的示意图。图1所示的成像装置100，例如CMOS成像装置，包括像素阵列110。像素阵列110包含排列成行和列的多个像素。像素阵列110中每一列像素由列选择线全部同时接通，且每一行像素分别由行选择线选择性地输出。每一像素具有行地址和列地址。像素的列地址对应于由列解码和驱动电路120驱动的行选择线，而像素的行地址对应于由行解码和驱动电路130驱动的行选择线。控制电路140控制列解码和驱动电路120和行解码和驱动电路130以选择地读出像素阵列中适当的行和列对应的像素输出信号。
像素输出信号包括像素重置信号Vrst和像素图像信号Vsig。像素重置信号Vrst代表重置感光器件(如光电二极管)的浮动扩散区域时从浮动扩散区域获 得的信号。像素图像信号Vsig代表由感光器件所获取的代表图像的电荷转移到浮动扩散区域后所获得的信号。像素重置信号Vrst和像素图像信号Vsig均由行采样和保持电路150读取，并经过差动放大器160相减。差动放大器160所输出的Vrst-Vsig信号即表示感光器件所获取的图像信号。该图像信号经过模数转换器ADC170后转换为数字信号，然后由图像处理器180进行进一步处理，以输出数字化的图像。
图2是表示了一种代表性像素结构的示意图。图2的像素200包括光电二极管202，转移晶体管204，重置晶体管206和源极跟随晶体管208。光电二极管202连接到转移晶体管204的源极。转移晶体管204由信号TX控制。当TX控制转移晶体管至“on”状态时，光电二极管中积累的电荷被转移到存储区域21中。同时，光电二极管202被重置。源极跟随晶体管208的栅极连接到存储区域21。源极跟随晶体管208放大从存储区域21接收的信号；源极跟随晶体管208将放大的信号输出到输出线Vout。重置晶体管206源极也连接到存储区域21。重置晶体管206由信号RST控制，用来重置存储区域21。
图3也是表示了一种代表性像素结构的示意图。图3并不是抽象的电路逻辑关系示意图，而是具体的半导体结构示意图。图3所述的像素300包括了光电二极管302作为感光器件。像素300包括转移栅极303，其与光电二极管302和存储区域，即浮动扩散区域304一起形成转移晶体管。像素300还包括重置栅极305，其连接在浮动扩散区域304和有源区域306之间，以重置浮动扩散区域304。有源区域306连接到电极源Vaa。像素300还包括源极跟随栅极307，其连接在有源区域306和308之间，形成源极跟随晶体管，并且源极跟随栅极307通过电连接347电耦合到浮动扩散区域304。
上述晶体管的源极区/漏极区、浮动扩散区、在栅极下一级在源极/漏极区之间的沟道区、和光电二极管因其掺杂性而定义为有源区域，其与栅极结构相结合而定义有源电子装置。
如图3所示，光电二极管302的感光PD(Photon Detection)区域面积相对较大。当强光照射后，感光区域会感应出数目较多的光电子。当转移晶体管接通后，浮动扩散FD(Floating Diffusion)区域在很短时间内无法接收所有的光电子，从而使得浮动扩散区域获得的电荷无法反映外界光照的强度，使最终的图像出现失真。浮动扩散区域所能接收到最大电荷量称为图像传感器的满阱容量，其直接决定了图像传感器的光动态范围。
图4a是根据本实用新型的一个实施例的包含镜像像素的像素结构示意图。如图4a所示，图像传感器400包括示例的8个感光区域401-408；其中感光区域401和403是红色感光区域，以R表示；感光区域402和404是一组绿色感光区域，以Gb表示；感光区域405和407是蓝色感光区域，以B表示；以及感光区域406和408是另一组绿色感光区域，以Gr表示。参见图4a，感光区域401-408都具有各自的转移栅极411-418。进一步地，转移栅极411、412、415和416连接到共享的浮动扩散区域410，从而与各自连接的感光区域一起，形成多个转移晶体管。而转移栅极413、414、417和418连接到共享的浮动扩散区域420，从而也与各自连接的感光区域一起，形成多个转移晶体管。
图像传感器400还包括重置栅极421和422。如图4a所示，与重置栅极421相连的源极区423与浮动扩散区域410相连，由此重置栅极421形成的重置晶体管可以用来重置浮动扩散区域421。同样地，重置栅极422形成的重置晶体管的源极区424也连接到浮动扩散区域422，可以用来重置该浮动扩散区域。
图像传感器400还包括源极跟随栅极431和432。如图4a所示，跟随栅极431与浮动扩散区域410相连；同时，跟随栅极431也与有源区域441相连；由此形成源极跟随晶体管，用来转移并放大浮动扩散区域410中的电荷，形成输出信号。同样地，跟随栅极432与浮动扩散区域420相连；同时，跟随栅极432也与有源区域442相连；由此形成源极跟随晶体管，用来转移并放大浮动 扩散区域420中的电荷，形成输出信号。
如图4a所示，重置栅极和源极跟随栅极以及各自的有源区域形成的重置晶体管和源极跟随晶体管设置在感光区域401-404和感光区域405-408之间，呈纵向排列。
图4b是根据本实用新型的另一个实施例的包含镜像像素的像素结构示意图。图4a和图4b中各个感光区域、栅极和有源区域的功能基本相同。二者的区别在于，如图4b所示，重置栅极421和源极跟随栅极431以及各自的有源区域形成重置晶体管和源极跟随晶体管设置在感光区域401、405和感光区域402、406之间；重置栅极422和源极跟随栅极432以及各自的有源区域形成重置晶体管和源极跟随晶体管设置在感光区域403、407和感光区域404、408之间，呈横向排列。
参考图4a和图4b，像素版图是以中轴线为准，基本上镜像对称，所以也称为“镜像像素”。这一镜像像素的结构经设计而使四个像素共享两个像素读出电路晶体管：即重置晶体管RST和源极跟随SF，从而可以节省更多的空间出来给感光区域。
图5是根据本实用新型的一个实施例的图像传感器的电路示意图。如图5所示，图像传感器500包括光电二极管501-508，其代表各个感光区域。光电二极管501-508分别连接到各自的转移晶体管511-518。其中转移晶体管501-504的输出连接到共享节点510，而转移晶体管的505-508输出到共享节点520。假定光电二极管501和505所在的行为第2n行，转移晶体管501的控制栅极连接到转移控制信号TxB<n-1>；而转移晶体管505的控制栅极连接到转移控制信号TxA<n-1>。转移晶体管502和503的控制栅极连接到转移控制信号TxB<n>；而转移晶体管506和507的控制栅极连接到转移控制信号TxA<n>。转移晶体管504的控制栅极连接到转移控制信号TxB<n+1>；而转移晶体管508的控制栅极连接到转移控制信号TxA<n+1>。
如图5所示，图像传感器500包括两个重置晶体管521和522。重置晶体管521的栅极连接到重置控制信号RST<n-1>；重置晶体管521的源极连接到共享节点510；而重置晶体管的漏极连接到行选择信号RowSel<n-1>。
同样地，重置晶体管522的栅极连接到重置控制信号RST<n>；重置晶体管522的源极连接到共享节点520；而重置晶体管的漏极连接到行选择信号RowSel<n>。
如图5所示，图像传感器500包括两个源极跟随晶体管531和532。源极跟随晶体管531的栅极连接到共享节点510，源极跟随晶体管531的源极连接到第一列输出线Col0，而源极跟随晶体管531的漏极连接到全局总线Vaa，提供驱动电压。同样地，源极跟随晶体管532的栅极连接到共享节点520，源极跟随晶体管532的源极连接到第二列输出线Col1，而源极跟随晶体管532的漏极同样连接到全局总线Vaa，提供驱动电压。
如图5所示，图像传感器500还包括例如多路复用器的多选开关541。第一和第二列输出线Col0和Col1都连接到多选开关541的输入端。而多选开关的输出连接到列读出电路。多选开关541有两个作用：第一，对两个列输出线进行时间分隔，这样可以共用一组列读出电路，从而进一步节省空间；以及第二，通过多选开关内部的选择，使得两个绿色像素，即Gb和Gr的输出信号，送到同一个列读出电路，以减少误差。
在图5所示的实施例中，镜像像素中四个不同颜色的像素，即Gr，R，B，和Gb像素，共享一组包括两个晶体管，即重置RST和源极跟随SF晶体管，的读出电路。其中，第2n行和第2n+1行共享一组重置RST和源极跟随SF晶体管，第2n+2行和第2n+3行共享一组重置RST和源极跟随SF晶体管。而且，第2n+1行和第2n+2行还共享一个TX控制线。因此，第2n+1和第2n+2行组成一个像素单元，这个像素单元的四个颜色像素分别代表四个颜色Gr，R，B，和Gb。
值得注意的是，因为源极输出晶体管的输出直接接到列输出线上，为了不让不同颜色的像素信号混合在一起，对于第2n+1行，采用的是第一列输出线col0输出；而对第2n+2行，采用的是第二列输出线col1输出。
图6是图5所示的实施例的图像传感器的读取时序图。如图6所示，并参考图5，可以看出奇数行(2n+1)和偶数行(2n+2)的读取时序略有不同。一个是通过打开TxA信号，一个是打开TxB信号。而且，in-sel信号也不同，其中in-sel信号是为了控制输出线的多选开关。
图6所示的时序可以分为三部分：第一部分提供对像素浮动扩散FD区域的重置和采样；第二部分是Tx打开，像素信号被传输到了浮动扩散FD区域；第三部分包括对此像素信号的采样和将低点位从新读回到FD，使得源极扩散晶体管处于关闭状态。
以下结合图5进一步详细说明：首先，RST<n-1>信号重置共享节点510。RowSel<n-1>打开，采样信号Samp_blk信号打开，对重置后的共享节点510采样。此时，in_sel信号处于高电平，控制共享节点510的采样信号进入第一列读出电路。同样地，RST<n>信号重置另一共享节点520。接下来RowSel<n>打开，采样信号Samp_blk信号打开，对重置后的另一共享节点520采样。此时，in_sel信号处于低电平，控制共享节点的采样信号进入第二列读出电路。
接下来，TxA<n>信号打开，TxA<n>信号控制第2n+1行的B像素转移到共享节点510；而第2n+2行的Gr像素转移到共享节点520。然后，Samp_sig信号打开，对共享节点510进行采样，也就是采样B像素；同时，in_sel信号处于高电位，控制采样B像素信号进入第一列读出电路。然后通过RST<n-1>，重置共享节点510，使共享节点重新变为低电位以关闭源极跟随晶体管。然后，Samp_sig信号再次打开，对共享节点520进行采样，也就是采样Gr像素；同时，in_sel信号处于低电位，控制采样Gr像素信号进入第二列读出电路。然后通过RST<n>，重置共享节点520，使共享节点重新变为低电位以关闭源极跟 随晶体管。
对于Gb和R像素，采样的过程类似：首先，RST<n-1>信号重置共享节点510。RowSel<n-1>打开，采样信号Samp_blk信号打开，对重置后的共享节点510采样。此时，in_sel信号处于低电平，控制共享节点510的采样信号进入第二列读出电路。同样地，RST<n>信号重置另一共享节点520。接下来RowSel<n>打开，采样信号Samp_blk信号打开，对重置后的另一共享节点520采样。此时，in_sel信号处于高电平，控制共享节点的采样信号进入第一列读出电路。
接下来，TxB<n>信号打开，TxB<n>信号控制第2n+1行的Gb像素转移到共享节点510；而第2n+2行的R像素转移到共享节点520。然后，Samp_sig信号打开，对共享节点510进行采样，也就是采样Gb像素；同时，in_sel信号处于低电位，控制采样Gb像素信号进入第二列读出电路。然后通过RST<n-1>，重置共享节点510，使共享节点重新变为低电位以关闭源极跟随晶体管。然后，Samp_sig信号再次打开，对共享节点520进行采样，也就是采样R像素；同时，in_sel信号处于高电位，控制采样R像素信号进入第二列读出电路。然后通过RST<n>，重置共享节点520，使共享节点重新变为低电位以关闭源极跟随晶体管。
如上所述的，由于同一个像素的四个颜色的光电二极管共享重置晶体管和源极跟随晶体管，通过以上设计的时序，分别在不同的时刻读出四个颜色的光电二极管的采样值，实现了像素采样；而且相同的颜色的Gb和Gr经控制进入了同一列读出电路，这样可以减小系统的误差。
根据本实用新型的一个实施例，为了进一步减小读出电路所占的面积，第一和第二列读出电路可以为同一个列读出电路。这种情况下，需要在等到前一个信号处理完毕后才能开始处理下一个采样信号，也就需要更长的读出时间。
根据本实用新型的一个实施例，多选开关也可以为其他电子元件或电路所 取代而实现基本相同的功能。
根据本实用新型的一个实施例，除图6所示的时序图外，其他的时序也可以被采用而实现基本相同的功能。但是，优选的时序仍然符合相关双采样，以减小系统误差。
图5和图6的实施例是采用单边读出图像传感器架构的实例来节省列电路面积。虽然牺牲了读取时间，但是非常适合用于像素分辨率相对较小的图像传感器架构实现中，例如2百万或3百万像素的图像传感器。
图7是根据本实用新型的一个实施例的图像传感器的电路示意图。如图7所示，图像传感器700包括置于像素阵列的两边的列读出电路。图7所示的图像传感器700的像素部分的电路与图5所示实施例的图像传感器基本相同。不同之处在于图像传感器700包括两个多选开关741和742。通过多选开关741和742相同颜色的像素信号(Gr和Gb)传输到同一边的列读取电路。
图8是图7所示实施例的图像传感器的读取时序示意图。如8图所示，行选择信号RowSel<n-1>和RowSel<n>打开，RST<n-1>和RST<n>信号重置浮动扩散区510和520，此时采样信号Samp_blk也同时打开，对重置后的浮动扩散区510和520采样。接下来TxA<n>信号打开，第2n+1行的B像素和第2n+2行的Gr像素被分别转移到浮动扩散区510和520。然后，采样信号Samp_sig信号打开，分别对浮动扩散区510和520，也就是第2n+1行的B像素和第2n+2行的Gr像素采样。其中，Gr像素经由列输出线Col1被输出到图7下方的多选开关742，而B像素经由列输出线Col0被传输到图7上方的多选开关741。此时in_sel信号为高。多选开关741被设置为in_sel信号为高时，Col1打开，Gr像素信号被传输到与多选开关741连接的第一列读出电路。多选开关742被设置为in_sel信号为高时，Col0打开，B像素信号被传输到与多选开关742连接的第二列读出电路。
同样地，行选择信号RowSel<n-1>和RowSel<n>打开，RST<n-1>和RST<n> 信号重置浮动扩散区510和520，此时采样信号Samp_blk也同时打开，对重置后的浮动扩散区510和520采样。接下来TxB<n>信号打开，第2n+1行的Gb像素和第2n+2行的R像素被分别转移到浮动扩散区510和520。然后，采样信号Samp_sig信号打开，分别对浮动扩散区510和520，也就是第2n+1行的Gb像素和第2n+2行的R像素采样。其中，R像素经由列输出线Col1被输出到图7下方的多选开关742，而Gb像素经由列输出线Col0被传输到图7上方的多选开关741。此时in_sel信号为低。多选开关741被设置为in_sel信号为低时，Col0打开，Gb像素信号被传输到与多选开关741连接的第一列读出电路。多选开关742被设置为in_sel信号为低时，Col1打开，Gr像素信号被传输到与多选开关742连接的第二列读出电路。
在图7和图8所示的实施例中，虽然增加了一个多选开关，牺牲了一些像素空间，但是读出时间上有所节省，提高了帧率。图7和8所示的图像传感器架构可以用于较大图像阵列中，例如5百万或8百万像素的图像传感器中。
根据本实用新型的一个实施例，从图8所示的读出时序上可以看出，在行选择控制信号中需要两行的信号在同一时间打开。为了达到这个目的，需要在行选择控制电路中做一些变化。
图9是根据本实用新型的一个实施例的行选控制电路的电路示意图。如图9所示，控制电路900包括一个输入端901，用来输入对于第n行的行地址Addr_en<n>，其格式为Row add<9:0>。该行地址直接控制TxA<n>和TxB<n>。而对于行选择RowSel信号和重置RST信号需要两行同时打开。控制电路900包括第一或门911、第二或门912、第三或门913和第四或门914。其中，第一或门911连接到相邻的前一行的行地址输入端，用来输入第n-1行的行地址Addr_en<n-1>；第一或门的另一端置为第一动态信号rs_en。第二或门912连接到当前的行地址输入端，用来输入第n行的行地址Addr_en<n>；第二或门的另一端置为第一动态信号rs_en。第三或门913连接到当前行地址输入端， 用来输入第n行的行地址Addr_en<n>；第三或门的另一端置为第二动态信号rst_en。第四或门914连接到相邻的后一行的行地址输入端，用来输入第n+1行的行地址Addr_en<n+1>；第四或门的另一端置为第二动态信号rst_en。进一步地，第一或门911和第二或门912的输出端分别连接到第一与门921的两个输入端，而第一与门921的输出端为行选择信号RowSel<n>。同样地，第三或门913和第四或门914的输出端分别连接到第二与门922的两个输入端，而第二与门922的输出端为重置信号RST<n>。rs_en和rst_en是所有行都共用的信号。行地址Addr_en<n>只能确定哪一行被选中，但具体的时序还要靠第一和第二动态信号rs_en和rst_en来确定。这样，第n行的行地址Addr_en<n>和第n-1行的行地址Addr_en<n-1>任何一个都可以打开行选择信号RowSel<n>。而第n行的行地址Addr_en<n>和第n+1行的行地址Addr_en<n+1>中的任何一个都可以打开重置信号RST<n>。由此，保证了行选择信号和重置信号中，两行信号在同一时间由同一个信号被打开时。
根据本实用新型的一个实施例，采用了单边读出镜像像素架构之后的帧率计算表如下表所示：
从上表中可以看出，即使是本实用新型的单边架构的实施例，还是基本上 可以满足2百万和3百万图像传感器在帧率上的需求。而且，结合本实用新型的像素的高感光面积，本实用新型为FSI像素小型化提供一个良好的解决方法。
本实用新型利用一种特殊设计的读出时序使得像素中可以节省多个电路单元，而节省出的电路单元的空间可以用来最大程度上扩大感光面积，以提高低光照感度。因此，采用本实用新型的技术可以实现在FSI工艺上1.4微米甚至1.1微米的像素设计，而且最大限度的保持成像质量，特别是低光照感度。
图10是根据本实用新型的一个实施例的成像方法的流程图。图10所示的成像方法可以应用于图4a，图4b，图5和图7所示的镜像像素的成像装置中。具体而言，成像方法1000包括：在步骤1010中，重置第一共享节点和第二共享节点，并对重置后的第一和第二共享节点采样，其中，第一共享节点为第一组像素中的4个像素所共有；而第二共享节点为第二组像素中的4个像素所共有。在步骤1020中，将第一组像素中的一个像素的电荷转移到第一共享节点，并且将第二组像素中的一个像素的电荷转移到第二共享节点。在步骤1030中，对第一共享节点采样，并将采样后的电压输出到第一输出线，并对第二共享节点采样，并将采样后的电压输出到第二输出线。在步骤1040中，重置第一共享节点和第二共享节点。在步骤1050中，将第一组像素中的另一个像素的电荷转移到第一共享节点，并且将第二组像素中的另一个像素的电荷转移到第二共享节点。在步骤1060中，对第一共享节点采样，并将采样后的电压输出到第一输出线，并对第二共享节点采样，并将采样后的电压输出到第二输出线。
由于在步骤1030和1060已经完成了对4个像素的采样。而这4个像素可以是相邻的像素而具有不同的颜色，如R、Gb、Gr和B从而构成一个包括4个不同颜色的彩色像素。由此，成像方法100实现了对一个彩色像素的采样。在排列成行和列的整个像素阵列上逐行实施成像方法100，就可以实现对整个像素阵列的采样，从而完成成像。
根据本实用新型的一个实施例，成像方法100进一步包括：第一输出线和 第二输出线上的相同颜色的采样信号经选择而被送入同一列读出电路。
图11是根据本实用新型的一个实施例的系统的示意图。图11说明了一个包含图像传感器1110的处理器系统1100。其中，图像传感器1110如本实用新型所描述的图像传感器。所述处理器系统1100示范说明具有可包含图像传感器装置的数字电路的系统。在不加限制的情况下，此系统可包含计算机系统、相机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航、视频电话、监视系统、自动对焦系统、星体追踪仪系统、运动检测系统、图像稳定化系统和数据压缩系统。
处理器系统1100(例如，相机系统)通常包括中央处理单元(CPU)1140(例如微处理器)，其经由总线1101而与输入/输出(I/O)装置1120通信。图像传感器1110也经由总线1101而与CPU1140通信。基于处理器的系统1100还包含随机存取存储器(RAM)1130，且可包含可移除存储器1150(例如快闪存储器)，其也经由总线1101而与CPU1140通信。图像传感器1110可与处理器(例如CPU、数字信号处理器或微处理器)组合，单个集成电路或不同于所述处理器的芯片上可有或没有存储器存储装置。图像组合和处理的计算可由图像传感器1110或由CPU1140执行。
上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。
Claims (14)
1.一种成像装置，其特征在于，包括：
第一组像素，其中所述第一组像素共享第一浮动扩散区域；以及
第二组像素，其中所述第二组像素共享第二浮动扩散区域；
其中，所述第一组像素中的第一像素和所述第二组像素中的第二像素经控制分别向所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域转移电荷。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一组像素共享第一重置晶体管和第一输出晶体管；所述第二组像素共享第二重置晶体管和第二输出晶体管。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一浮动扩散区域经过第一输出晶体管连接到第一列输出线；所述第二浮动扩散区域经过第二输出晶体管连接到第二列输出线。
4.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一像素和所述第二像素经控制同时向所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域转移电荷。
5.根据权利要求4所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一组像素中的第三像素和所述第二组像素中第四像素经控制同时向所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域转移电荷。
6.根据权利要求5所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素的颜色分别为R、Gr、Gb和B。
7.根据权利要求5所述的成像装置，其特征在于，其中相同颜色像素的输出值输出到同一列读出电路。
8.根据权利要求3所述的成像装置，其特征在于，进一步包括第一多选开关，其连接到所述第一和第二列输出线，使得相同颜色像素的输出值输出到同一列读出电路。
9.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一浮动扩散区域和第二浮动扩散区域经控制同时向所述第一和第二列输出线输出。
10.根据权利要求9所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一多选开关对第一和第二列输出线进行时间分隔，以共用同一列读出电路。
11.根据权利要求9所述的成像装置，其特征在于，进一步包括第二多选开关，所述第二多选开关连接到所述第一和第二列输出线，所述第一和第二多选开关经控制使得相同颜色像素的输出值输出到同一列读出电路。
12.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，其中所述第一组像素中的每一个像素都具有各自的感光区域和转移晶体管；所述第一浮动扩散区域位于所述第一组像素中的各个像素的各自的感光区域之间，并与所述第一组像素中的各个像素的转移晶体管相连。
13.根据权利要求10所述的成像装置，其特征在于，其中用于形成所述第一和第二重置晶体管的栅极和有源区域位于所述第一和第二组像素中各个像素的感光区域之间横向或纵向排列。
14.根据权利要求10所述的成像装置，其特征在于，其中用于形成所述第一和第二输出晶体管的栅极和有源区域位于所述第一和第二组像素中各个像素的感光区域之间横向或纵向排列。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320804425.9U CN203801011U (zh) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | 成像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320804425.9U CN203801011U (zh) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | 成像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203801011U true CN203801011U (zh) | 2014-08-27 |
Family
ID=51383195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201320804425.9U Expired - Lifetime CN203801011U (zh) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | 成像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203801011U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110771157A (zh) * | 2017-03-31 | 2020-02-07 | 普里露尼库斯股份有限公司 | 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子机器 |
-
2013
- 2013-12-09 CN CN201320804425.9U patent/CN203801011U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110771157A (zh) * | 2017-03-31 | 2020-02-07 | 普里露尼库斯股份有限公司 | 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子机器 |
| CN110771157B (zh) * | 2017-03-31 | 2022-02-08 | 普里露尼库斯新加坡私人有限公司 | 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子机器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103607547A (zh) | 镜像像素成像装置及其成像方法 | |
| CN209390199U (zh) | 图像传感器和成像系统 | |
| US9374505B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JP5358136B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| KR101177140B1 (ko) | 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 구동 방법 및 촬상 장치 | |
| US10249660B2 (en) | Split-gate conditional-reset image sensor | |
| KR101204571B1 (ko) | 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 구동 방법 및 카메라 | |
| US8314376B2 (en) | Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
| US8964077B2 (en) | Solid-state imaging device, method for driving the same, and imaging device | |
| US8289425B2 (en) | Solid-state image pickup device with an improved output amplifier circuitry | |
| US20130256510A1 (en) | Imaging device with floating diffusion switch | |
| CN101019413A (zh) | 成像器中的双面板像素读出 | |
| US9608025B2 (en) | Imaging apparatus and imaging system | |
| KR20130009427A (ko) | 시모스 이미지 센서 | |
| US9979918B2 (en) | Image sensor and data tranmission method thereof | |
| US20150029355A1 (en) | Image sensors and imaging devices including the same | |
| US20140333812A1 (en) | Photoelectric conversion device | |
| US7432964B2 (en) | Solid-state imaging device with plural CDS circuits per column sharing a capacitor and/or clamping transistor | |
| CN203801011U (zh) | 成像装置 | |
| CN218352630U (zh) | 图像传感器及版图结构 | |
| US20230137218A1 (en) | Pixel circuit, control method, and image sensor | |
| CN210899376U (zh) | Cmos图像传感器读出电路 | |
| US20230138982A1 (en) | Pixel circuit, control method and image sensor | |
| CN110557587B (zh) | 图像传感器和操作该图像传感器的方法 | |
| US20220060646A1 (en) | Solid-state imaging apparatus and electronic device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181019 Address after: 200233, 11 floor, innovation building, 1009 Yishan Road, Xuhui District, Shanghai. Patentee after: SHANGHAI YE XIN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 215513 Jiangsu Suzhou Jiangsu Changshou City four Changshou City Road 11 Development Zone 301 Patentee before: SmartSens Technology (US) Inc. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Room 612, 6th floor, No. 111 Building, Kexiang Road, China (Shanghai) Free Trade Pilot Area, Pudong New Area, Shanghai, 2001 Patentee after: Siteway (Shanghai) Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: 200233, 11 floor, innovation building, 1009 Yishan Road, Xuhui District, Shanghai. Patentee before: SHANGHAI YE XIN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Room 612, 6th floor, No. 111 Building, Kexiang Road, China (Shanghai) Free Trade Pilot Area, Pudong New Area, Shanghai, 2001 Patentee after: Starway (Shanghai) Electronic Technology Co.,Ltd. Address before: Room 612, 6th floor, No. 111 Building, Kexiang Road, China (Shanghai) Free Trade Pilot Area, Pudong New Area, Shanghai, 2001 Patentee before: Siteway (Shanghai) Electronic Technology Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140827 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |