DE102019008738A1 - IMAGE SENSORS WITH REDUCED NOISE - Google Patents

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Abstract

Ein Bildsensor kann ein Array von Pixeln, die durch eine Zeilensteuerschaltungsanordnung gesteuert werden, einschließen. Jedes Pixel kann eine Photodiode zum Erzeugen von Bildsignalen und eine Ladungsspeicherstruktur einschließen, die mit einem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt und dazu konfiguriert ist, Störlichtrauschpegelsignale zu erzeugen und zu speichern. Die Bildsignale und die Störlichtrauschpegelsignale können in demselben Auslesezyklus unter Verwendung einer gemeinsamen oder separaten Ausleseschaltungsanordnung ausgelesen werden. Eine Verarbeitungsschaltungsanordnung kann die Bildsignale basierend auf den Störlichtrauschpegelsignalen selektiv verarbeiten, um Bildsignale mit reduziertem Rauschen zu erzeugen.An image sensor can include an array of pixels controlled by row control circuitry. Each pixel may include a photodiode for generating image signals and a charge storage structure coupled to a floating diffusion region and configured to generate and store extraneous light noise level signals. The image signals and the background light noise level signals can be read out in the same readout cycle using a common or separate readout circuit arrangement. Processing circuitry may selectively process the image signals based on the extraneous light noise level signals to generate image signals with reduced noise.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Dies betrifft allgemein Bilderzeugungssysteme, und genauer Bilderzeugungssysteme mit Global-Shutter-Funktionalität.This applies generally to imaging systems, and more particularly to imaging systems with global shutter functionality.

Moderne elektronische Vorrichtungen wie Mobiltelefone, Kameras und Computer verwenden häufig digitale Bildsensoren. Bilderzeuger (d. h. Bildsensoren) schließen häufig eine zweidimensionale Anordnung von Bilderfassungspixeln ein. Jedes Pixel schließt in der Regel einen Lichtsensor ein, wie eine Photodiode, der auftreffende Photonen (Licht) empfängt und die Photonen in elektrische Signale umwandelt.Modern electronic devices such as cell phones, cameras and computers often use digital image sensors. Imagers (i.e., image sensors) often include a two-dimensional array of image capture pixels. Each pixel typically includes a light sensor, such as a photodiode, that receives incident photons (light) and converts the photons into electrical signals.

Herkömmliche Bildsensoren werden auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Technologie eines komplementären Metall-Oxid-Halbleiters (complementary metal-oxidesemiconductor, CMOS) oder einer Technologie einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (charge-coupled device, CCD) hergestellt. Bei CMOS-Bildsensoren kann ein rollender Verschluss (rolling shutter) oder ein globaler Verschluss (global shutter) verwendet werden. Bei CMOS-Bildsensoren mit einem Global Shutter ist in der Regel in jedes Pixel ein Speicherknotenbereich integriert, um Ladung aus der Photodiode zum Auslesen zu speichern. Darüber hinaus können Global-Shutter-Pixel ohne einen unabhängigen Ladungsspeicherbereich die Floating-Diffusion zur Ladungsspeicherung verwenden. Speicherbereiche können unerwünschtes Streulicht sammeln, das die Ladung von der Photodiode verfälscht. Dies kann ein Rauschen in den Pixeln erhöhen (z. B. die Empfindlichkeit gegenüber Störlicht in dem Floating-Diffusion-Bereich erhöhen und die Global-Shutter-Effizienz verringern), wodurch die Bildqualität verringert wird.Conventional image sensors are fabricated on a semiconductor substrate using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology or a charge-coupled device (CCD) technology. A rolling shutter or a global shutter can be used with CMOS image sensors. In CMOS image sensors with a global shutter, a storage node area is generally integrated into each pixel in order to store charge from the photodiode for reading out. In addition, global shutter pixels without an independent charge storage area can use floating diffusion for charge storage. Storage areas can collect unwanted stray light that falsifies the charge from the photodiode. This can increase noise in the pixels (e.g., increase sensitivity to stray light in the floating diffusion area and decrease global shutter efficiency), thereby reducing image quality.

Daher wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, verbesserte Bildsensoren mit Global-Shutter-Funktionalität bereitzustellen.Therefore, it would be desirable to be able to provide improved image sensors with global shutter functionality.

FigurenlisteFigure list

  • 1 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bilderzeugungssystems, das einen Bildsensor einschließen kann, der in einem Global-Shutter-Modus betreibbare Bildpixel aufweist, gemäß manchen Ausführungsformen. 1 10 is a diagram of an illustrative imaging system that may include an image sensor having image pixels operable in a global shutter mode, in accordance with some embodiments.
  • 2 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Pixelarrays und einer zugehörigen Ausleseschaltungsanordnung zum Auslesen von Bildsignalen aus dem Pixelarray gemäß manchen Ausführungsformen. 2nd 10 is a diagram of an illustrative pixel array and associated readout circuitry for reading out image signals from the pixel array, in accordance with some embodiments.
  • 3 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bildpixels, das in einem Global-Shutter-Modus betreibbar ist, gemäß Ausführungsformen. 3rd 10 is a diagram of an illustrative image pixel operable in a global shutter mode, according to embodiments.
  • 4 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bildpixels, das einen Ladungsspeicherbereich aufweist, der eine Störlicht-Referenzspannung, auch als Rauschen bezeichnet, speichert, gemäß manchen Ausführungsformen. 4th 10 is a diagram of an illustrative image pixel having a charge storage area that stores a stray light reference voltage, also referred to as noise, in accordance with some embodiments.
  • 5A und 5B sind ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben von Bildpixeln des in 4 gezeigten Typs in einem Global-Shutter-Modus, gemäß manchen Ausführungsformen. 5A and 5B FIG. 10 is an illustrative timing diagram for operating image pixels of the device shown in FIG 4th type shown in a global shutter mode, according to some embodiments.
  • 6 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bildpixels, das einen Ladungsspeicherbereich aufweist, der eine Rauschreferenzspannung speichert und der mit einem zusätzlichen Speicherbereich gekoppelt ist, gemäß manchen Ausführungsformen. 6 10 is a diagram of an illustrative image pixel that includes a charge storage area that stores a noise reference voltage and that is coupled to an additional storage area, in accordance with some embodiments.
  • 7 ist ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben von Bildpixeln des in 6 gezeigten Typs in einem Global-Shutter-Modus gemäß manchen Ausführungsformen. 7 FIG. 10 is an illustrative timing diagram for operating image pixels of the FIG 6 shown type in a global shutter mode according to some embodiments.
  • 8 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bildpixels, das einen Ladungsspeicherbereich aufweist, der eine Rauschreferenzspannung speichert und der mit einem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist, gemäß manchen Ausführungsformen. 8th 10 is a diagram of an illustrative image pixel that includes a charge storage area that stores a noise reference voltage and that is coupled to a floating diffusion area, in accordance with some embodiments.
  • 9 ist ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben von Bildpixeln des in 8 gezeigten Typs in einem Global-Shutter-Modus gemäß manchen Ausführungsformen. 9 FIG. 10 is an illustrative timing diagram for operating image pixels of the FIG 8th shown type in a global shutter mode according to some embodiments.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Elektronische Vorrichtungen, wie Digitalkameras, Computer, Mobiltelefone und andere elektronische Vorrichtungen, schließen Bildsensoren ein, die eintreffendes Bildlicht einfangen, um ein Bild aufzunehmen. Die Bildsensoren können Arrays von Abbildungspixeln einschließen. Die Pixel in den Bildsensoren können photosensitive Elemente, wie Photodioden, einschließen, die das eintreffende Bildlicht in Bildsignale umwandeln. Bildsensoren können eine beliebige Anzahl von Pixeln aufweisen (z. B. Hunderte oder Tausende oder mehr). Ein typischer Bildsensor kann zum Beispiel Hunderttausende oder Millionen von Pixeln (z. B. Megapixel) aufweisen. Bildsensoren können eine Steuerschaltungsanordnung einschließen, wie eine Schaltungsanordnung zum Betreiben der Abbildungspixel und eine Ausleseschaltungsanordnung zum Auslesen von Bildsignalen, die der elektrischen Ladung entsprechen, die durch die photosensitiven Elemente erzeugt wird.Electronic devices, such as digital cameras, computers, cell phones, and other electronic devices, include image sensors that capture incoming image light to take an image. The image sensors can include arrays of imaging pixels. The pixels in the image sensors can include photosensitive elements, such as photodiodes, that convert the incoming image light into image signals. Image sensors can have any number of pixels (e.g. hundreds or thousands or more). For example, a typical image sensor can have hundreds of thousands or millions of pixels (e.g., megapixels). Image sensors may include control circuitry such as circuitry for operating the imaging pixels and readout circuitry for reading out image signals corresponding to the electrical charge generated by the photosensitive elements.

1 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bilderzeugungssystems, das einen Bildsensor mit einer Global-Shutter-Funktion verwendet. Bei einem Bilderzeugungssystem 10 von 1 kann es sich um eine tragbare elektronische Vorrichtung, wie eine Kamera, ein Mobiltelefon, eine Videokamera oder eine andere Bilderzeugungsvorrichtung, handeln, die digitale Bilddaten aufnimmt. Ein Kameramodul 12 kann verwendet werden, um eintreffendes Licht in digitale Bilddaten umzuwandeln. Das Kameramodul 12 kann eine oder mehrere Linsen 14 und einen oder mehrere entsprechende Bildsensoren 16 einschließen. Der Bildsensor 16 kann eine integrierte Bildsensorschaltung mit einem Array von Bildpixeln 30 sein. Die Bildpixel 30 können jeweils ein Verschlusselement einschließen, um zu steuern, wann von dem Bildpixel Ladung aufgenommen wird. 1 FIG. 12 is a diagram of an illustrative imaging system that uses an image sensor with a global shutter function. In an imaging system 10th from 1 can be a portable electronic device, such as a camera, cellular phone, video camera, or other imaging device, that captures digital image data. A camera module 12th can be used to convert incoming light into digital image data. The camera module 12th can be one or more lenses 14 and one or more corresponding image sensors 16 lock in. The image sensor 16 can be an integrated image sensor circuit with an array of image pixels 30th be. The image pixels 30th can each include a shutter to control when charge is picked up by the image pixel.

Während Bildaufzeichnungsoperationen kann die Linse 14 Licht aus einer Szene auf ein Bildpixelarray in dem Bildsensor 16 fokussieren. Der Bildsensor 16 kann einer Steuerschaltungsanordnung, wie einer Speicher- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 18, entsprechende digitale Bilddaten bereitstellen.During imaging operations, the lens 14 Light from a scene onto an image pixel array in the image sensor 16 focus. The image sensor 16 can be control circuitry, such as storage and processing circuitry 18th , provide appropriate digital image data.

Die Schaltungsanordnung 18 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen (z. B. Bildverarbeitungsschaltungen, Mikroprozessoren, Speichervorrichtungen wie einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff und einen nichtflüchtigen Speicher usw.) einschließen und kann unter Verwendung von Komponenten implementiert sein, die von dem Kameramodul 12 getrennt vorliegen und/oder die einen Teil des Kameramoduls 12 bilden (z. B. Schaltungen, die einen Teil einer integrierten Schaltung bilden, die Bildsensoren 16 einschließt, oder einer integrierten Schaltung innerhalb des Moduls 12, die den Bildsensoren 16 zugeordnet ist). Bilddaten, die von dem Kameramodul 12 aufgezeichnet wurden, können unter Verwendung der Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 weiterverarbeitet und/oder gespeichert werden. Verarbeitete Bilddaten können, falls gewünscht, externer Ausrüstung (z. B. einem Computer oder einer anderen Vorrichtung) unter Verwendung kabelgebundener und/oder kabelloser Kommunikationswege bereitgestellt werden, die mit der Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 gekoppelt sind. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 kann verwendet werden, um den Betrieb der Bildsensoren 16 zu steuern.The circuit arrangement 18th may include one or more integrated circuits (e.g., image processing circuits, microprocessors, memory devices such as random access memory and non-volatile memory, etc.) and may be implemented using components developed by the camera module 12th are present separately and / or part of the camera module 12th form (e.g. circuits that form part of an integrated circuit, the image sensors 16 includes, or an integrated circuit within the module 12th that the image sensors 16 assigned). Image data from the camera module 12th can be recorded using the processing circuitry 18th processed and / or saved. Processed image data can, if desired, be provided to external equipment (e.g., a computer or other device) using wired and / or wireless communication paths provided with the processing circuitry 18th are coupled. The processing circuitry 18th can be used to operate the image sensors 16 to control.

Wie in 2 gezeigt, kann der Bildsensor 16 ein Pixelarray 19, das Bildsensorpixel 30 enthält, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind (hierin manchmal als Bildpixel oder Pixel bezeichnet), und eine Steuer- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 23 einschließen. Das Array 19 kann zum Beispiel Hunderte oder Tausende von Zeilen und Spalten von Bildsensorpixeln 30 enthalten. Die Steuerschaltungsanordnung 23 kann mit einer Zeilensteuerschaltungsanordnung 25 und einer Bildausleseschaltungsanordnung 27 (manchmal als Spaltensteuerschaltungsanordnung, Ausleseschaltungsanordnung, Verarbeitungsschaltungsanordnung oder Spaltendecoderschaltungsanordnung bezeichnet) gekoppelt sein. Die Zeilensteuerschaltungsanordnung 25 kann Zeilenadressen aus der Steuerschaltungsanordnung 23 empfangen und den Pixeln 30 über Zeilensteuerpfade 29 entsprechende Zeilensteuersignale, wie Zurücksetzen, Zeilenauswahl, Ladungsübertragung, doppelte Wandlungsverstärkung und Auslesesteuersignale, zuführen. Eine oder mehrere leitfähige Leitungen, wie Spaltenleitungen 31, können mit jeder Spalte von Pixeln 30 im Array 19 gekoppelt sein. Die Spaltenleitungen 31 können zum Auslesen von Bildsignalen aus den Pixeln 30 und zum Zuführen von Vorspannungssignalen (z. B. Vorströmen oder Vorspannungen) zu den Pixeln 30 verwendet werden. Falls gewünscht, kann während Pixelausleseoperationen eine Pixelzeile im Array 19 unter Verwendung der Zeilensteuerschaltungsanordnung 25 ausgewählt werden, und Bildsignale, die durch die Bildpixel 30 in dieser Pixelzeile erzeugt werden, können entlang den Spaltenleitungen 31 ausgelesen werden.As in 2nd shown, the image sensor 16 a pixel array 19th , the image sensor pixel 30th contains arranged in rows and columns (sometimes referred to herein as image pixels or pixels) and control and processing circuitry 23 lock in. The array 19th can, for example, hundreds or thousands of rows and columns of image sensor pixels 30th contain. The control circuitry 23 can with a line control circuitry 25th and image readout circuitry 27 (sometimes referred to as column control circuitry, readout circuitry, processing circuitry, or column decoder circuitry). The line control circuitry 25th can get row addresses from the control circuitry 23 received and the pixels 30th via line control paths 29 appropriate line control signals such as reset, line selection, charge transfer, double conversion gain and readout control signals. One or more conductive lines, such as column lines 31 , can with any column of pixels 30th in the array 19th be coupled. The column lines 31 can be used to read out image signals from the pixels 30th and for supplying bias signals (e.g. bias currents or biases) to the pixels 30th be used. If desired, a pixel row can be in the array during pixel readout operations 19th using the line control circuitry 25th are selected and image signals through the image pixels 30th can be generated in this pixel row along the column lines 31 be read out.

Die Bildausleseschaltungsanordnung 27 kann Bildsignale (z. B. analoge, durch die Pixel 30 erzeugte Pixelwerte) über die Spaltenleitungen 31 empfangen. Die Bildausleseschaltungsanordnung 27 kann eine Abtast-Halte-Schaltungsanordnung zum Abtasten und temporären Speichern von aus dem Array 19 ausgelesenen Bildsignalen, eine Verstärkerschaltungsanordnung, eine Analog-Digital-Wandlungs(analog to digital conversion, ADC)-Schaltungsanordnung, eine Vorspannungsschaltungsanordnung, einen Spaltenspeicher, eine Zwischenspeicherschaltungsanordnung zum selektiven Aktivieren oder Deaktivieren der Spaltenschaltungsanordnung oder andere Schaltungsanordnungen einschließen, die mit einer oder mehreren Spalten von Pixeln im Array 19 zum Betreiben der Pixel 30 und zum Auslesen von Bildsignalen aus den Pixeln 30 gekoppelt sind. Die ADC-Schaltungsanordnung in der Ausleseschaltungsanordnung 27 kann analoge Pixelwerte, die vom Array 19 empfangen werden, in entsprechende digitale Pixelwerte umwandeln (manchmal als digitale Bilddaten oder digitale Pixeldaten bezeichnet). Die Bildausleseschaltungsanordnung 27 kann digitale Pixeldaten für Pixel in einer oder mehreren Pixelspalten der Steuer- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 23 und/oder dem Prozessor 18 (1) zuführen.The image readout circuitry 27 can image signals (e.g. analog, by the pixel 30th generated pixel values) via the column lines 31 receive. The image readout circuitry 27 may include sample-and-hold circuitry for sampling and temporarily storing from the array 19th read out image signals, amplifier circuitry, analog-to-digital conversion (ADC) circuitry, bias circuitry, column memory, latch circuitry for selectively activating or deactivating the column circuitry, or other circuitry including one or more columns of Pixels in the array 19th to operate the pixels 30th and for reading out image signals from the pixels 30th are coupled. The ADC circuitry in the readout circuitry 27 can get analog pixel values from the array 19th received, convert to corresponding digital pixel values (sometimes referred to as digital image data or digital pixel data). The image readout circuitry 27 can digital pixel data for pixels in one or more pixel columns of the control and processing circuitry 23 and / or the processor 18th ( 1 ) respectively.

Falls gewünscht, können die Bildpixel 30 mehr als einen photosensitiven Bereich zum Erzeugen von Ladung als Reaktion auf das Bildlicht einschließen. Photosensitive Bereiche innerhalb der Bildpixel 30 können in Zeilen und Spalten auf dem Array 19 angeordnet werden. Das Pixelarray 19 kann mit einem Filterarray bereitgestellt werden, das mehrere (Farb-)Filterelemente (von denen jedes einem entsprechenden Pixel entspricht) aufweist, was es einem einzelnen Bildsensor ermöglicht, Proben von Licht unterschiedlicher Farben oder Wellenlängensätzen zu erfassen. Bildsensorpixel, wie die Bildpixel im Array 19, können zum Beispiel mit einem Farbfilterarray, das rote, grüne und blaue Filterelemente aufweist, bereitgestellt werden, was es einem einzelnen Bildsensor ermöglicht, unter Verwendung der entsprechenden roten, grünen und blauen Bildsensorpixel im, die in einem Bayer-Mosaikmuster angeordnet sind, Proben von rotem, grünem und blauem (RGB) Licht zu erfassen.If desired, the image pixels 30th include more than one photosensitive area to generate charge in response to the image light. Photosensitive areas within the image pixels 30th can be in rows and columns on the array 19th to be ordered. The pixel array 19th can be provided with a filter array that multiple (color) filter elements (each corresponding to a corresponding pixel), which allows a single image sensor to capture samples of light of different colors or sets of wavelengths. Image sensor pixels, like the image pixels in the array 19th For example, can be provided with a color filter array that includes red, green, and blue filter elements, which allows a single image sensor to sample from using the corresponding red, green, and blue image sensor pixels im arranged in a Bayer mosaic pattern red, green and blue (RGB) light.

Das Bayer-Mosaikmuster besteht aus einer sich wiederholenden Elementarzelle von zwei mal zwei Bildpixeln, wobei sich zwei grüne Bildpixel (unter Filterelementen, die grünes Licht durchlassen) einander diagonal gegenüber und neben einem roten Bildpixel (unter einem Filterelement, das rotes Licht durchlässt) diagonal gegenüber einem blauen Bildpixel liegen (unter einem Filterelement, das blaues Licht durchlässt). In einem weiteren geeigneten Beispiel können die grünen Pixel in einem Bayer-Muster durch Breitband-Bildpixel mit Breitband-Farbfilterelementen (z. B. transparente Farbfilterelemente, gelbe Farbfilterelemente, usw.) ersetzt werden. In noch einem anderen Beispiel kann eines der grünen Pixel in einem Bayer-Muster durch Infrarot (IR)- Bildpixel ersetzt werden, die unter IR-Farbfilterelementen gebildet werden, und/oder die verbleibenden roten, grünen und blauen Bildpixel können auch empfindlich gegenüber IR-Licht sein (z. B. können sie unter Filterelementen gebildet werden, die zusätzlich zum Licht ihrer jeweiligen Farben IR-Licht durchlassen). Diese Beispiele sind lediglich veranschaulichend und im Allgemeinen können Filterelemente jeder gewünschten Farbe und/oder Wellenlänge und in jedem gewünschten Muster über jeder gewünschten Anzahl der Bildpixel 30 gebildet werden.The Bayer mosaic pattern consists of a repeating unit cell of two times two image pixels, with two green image pixels (under filter elements that allow green light to pass through) diagonally opposite each other and next to a red image pixel (under a filter element that lets red light pass through) diagonally opposite a blue image pixel (under a filter element that transmits blue light). In another suitable example, the green pixels in a Bayer pattern can be replaced by broadband image pixels with broadband color filter elements (e.g. transparent color filter elements, yellow color filter elements, etc.). In yet another example, one of the green pixels in a Bayer pattern can be replaced with infrared (IR) image pixels formed under IR color filter elements, and / or the remaining red, green, and blue image pixels can also be sensitive to IR Be light (e.g., they can be formed under filter elements that pass IR light in addition to the light of their respective colors). These examples are illustrative only and generally filter elements can be of any desired color and / or wavelength and in any desired pattern over any desired number of image pixels 30th be formed.

Zusätzlich können getrennte Mikrolinsen über jedem Bildpixel 30 gebildet werden (z. B. mit Licht- oder Farbfilterelementen, die zwischen den Mikrolinsen und Bildpixeln 30 angeordnet sind). Die Mikrolinsen können ein Array von Mikrolinsen bilden, die das Array von Lichtfilterelementen und das Array von Bildsensorpixeln 30 überlappen. Jede Mikrolinse kann Licht von einer Bilderzeugungssystemlinse auf ein entsprechendes Bildpixel 30 oder mehrere Bildpixel 30, falls gewünscht, fokussieren.Additionally, separate microlenses can be placed over each image pixel 30th are formed (e.g. with light or color filter elements between the microlenses and image pixels 30th are arranged). The microlenses can form an array of microlenses, which are the array of light filter elements and the array of image sensor pixels 30th overlap. Each microlens can direct light from an imaging system lens onto a corresponding image pixel 30th or several image pixels 30th , if desired, focus.

Der Bildsensor 16 kann ein oder mehrere Arrays 19 von Bildpixeln 30 einschließen. Die Bildpixel 30 können in einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Technologie komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS) oder einer Technologie ladungsgekoppelter Bauelemente (CCD) oder jeder anderen geeigneten Technologie photosensitiver Vorrichtungen gebildet werden. Bei den Bildpixeln 30 kann es sich um vorderseitenbeleuchtete (frontside illumination, FSI) Bildpixel oder rückseitenbeleuchtete (backside illumination, BSI) Bildpixel handeln. Falls gewünscht, kann der Bildsensor 16 eine integrierte Schaltungspackung oder eine andere Struktur einschließen, in der mehrere Substratschichten oder Chips einer integrierten Schaltung vertikal in Bezug zueinander gestapelt sind. In diesem Szenario können eine oder mehrere der Schaltungsanordnungen 23, 25 und 27 vertikal oberhalb oder unterhalb des Arrays 19 innerhalb des Bildsensors 16 gestapelt werden. Falls gewünscht, können die Leitungen 31 und 29 aus vertikalen leitfähigen Durchkontaktierungsstrukturen (z. B. Silicium-Durchkontaktierungen oder TSVs (through-silicon vias)) und/oder horizontalen Verbindungsleitungen in diesem Szenario gebildet werden.The image sensor 16 can be one or more arrays 19th of image pixels 30th lock in. The image pixels 30th can be formed in a semiconductor substrate using complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology or charge coupled device (CCD) technology or any other suitable photosensitive device technology. With the image pixels 30th can be frontside illumination (FSI) image pixels or backside illumination (BSI) image pixels. If desired, the image sensor 16 include an integrated circuit package or other structure in which a plurality of substrate layers or chips of an integrated circuit are stacked vertically with respect to each other. In this scenario, one or more of the circuit arrangements 23 , 25th and 27 vertically above or below the array 19th inside the image sensor 16 be stacked. If desired, the lines 31 and 29 vertical conductive via structures (e.g. silicon vias or TSVs (through-silicon vias)) and / or horizontal connecting lines are formed in this scenario.

3 ist ein Schaltplan eines veranschaulichenden Bildpixels 30. Wie in 3 gezeigt, schließt das Pixel 30 ein photosensitives Element, wie die Photodiode 20, ein. Eine positive Versorgungsspannung VAA kann an einem positiven Spannungsversorgungsanschluss 22 zugeführt werden. Eintreffendes Licht kann von der Photodiode 20 gesammelt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Farbfilterstruktur eingeschlossen sein, und eintreffendes Licht kann durch die Farbfilterstruktur hindurchgehen, bevor es in der Photodiode 20 gesammelt wird. Die Photodiode 20 kann eine Ladung (z. B. Elektronen) als Reaktion auf das Empfangen auftreffender Photonen erzeugen. Wie viel Ladung von der Photodiode 20 gesammelt wird, hängt von der Intensität des auftreffenden Lichts und der Belichtungsdauer (oder Integrationszeit) ab. 3rd Figure 11 is a circuit diagram of an illustrative image pixel 30th . As in 3rd shown, the pixel closes 30th a photosensitive element like the photodiode 20 , a. A positive supply voltage VAA can be connected to a positive voltage supply connection 22 are fed. Incoming light can come from the photodiode 20 to be collected. In certain embodiments, a color filter structure may be included and incoming light may pass through the color filter structure before it is in the photodiode 20 is collected. The photodiode 20 can generate a charge (e.g., electrons) in response to receiving incident photons. How much charge from the photodiode 20 collected depends on the intensity of the incident light and the exposure time (or integration time).

Bevor ein Bild erfasst wird, kann ein Rücksetztransistor 26 eingeschaltet werden, um die Ladungsspeicherstruktur 28 (manchmal als ein Floating-Diffusion-Bereich oder FD bezeichnet) auf die Spannung VAA zurückzusetzen. Der in dem Floating-Diffusion-Bereich 28 gespeicherte Rücksetzspannungspegel kann unter Verwendung einer Ladungsausleseschaltungsanordnung ausgelesen werden. Die Ladungsausleseschaltungsanordnung kann einen Sourcefolger-Transistor 40 und einen Zeilenauswahltransistor 42 einschließen. Das Rücksetzpegelsignal kann gespeichert werden und anschließend in einem Ausleseschema mit korrelierter Doppelabtastung mit einem Bildpegelsignal verwendet werden.Before an image is captured, a reset transistor 26 be turned on to the charge storage structure 28 (sometimes referred to as a floating diffusion region or FD) to reset the voltage VAA. That in the floating diffusion area 28 stored reset voltage levels can be read out using charge readout circuitry. The charge readout circuitry can be a source follower transistor 40 and a row selection transistor 42 lock in. The reset level signal can be stored and then used in a readout scheme with correlated double scanning with an image level signal.

Das Pixel 30 kann einen AB(Anti-Blooming)-Rücksetztransistor, wie einen AB-Transistor 32, einschließen. Wenn der Rücksetztransistor 32 eingeschaltet wird, kann die Photodiode 20 auf die Versorgungsspannung VAA zurückgesetzt werden (z. B. durch Verbinden von VAA mit der Photodiode 20 über den Rücksetztransistor 32). Wenn der AB-Transistor 32 ausgeschaltet wird, kann es der Photodiode 20 ermöglicht werden, photoerzeugte Ladung zu akkumulieren.The pixel 30th can be an AB (anti-blooming) reset transistor, such as an AB transistor 32 , lock in. If the reset transistor 32 is turned on, the photodiode 20 can be reset to the supply voltage VAA (e.g. by connecting VAA to the photodiode 20 via the reset transistor 32 ). If the AB transistor 32 is turned off, it can be the photodiode 20 be enabled to accumulate photo-generated charge.

Das Pixel 30 kann einen Transfertransistor 38 einschließen. Der Transfertransistor 38 kann eingeschaltet werden, um Ladung aus der Photodiode 20 auf einen Floating-Diffusion-Bereich 28 zu übertragen. Der Floating-Diffusion-Bereich 28 kann ein dotierter Halbleiterbereich sein (z. B. ein Bereich in einem Siliciumsubstrat, der durch Ionenimplantation, Störstellendiffusion oder einen anderen Dotierungsprozess dotiert worden ist).The pixel 30th can use a transfer transistor 38 lock in. The transfer transistor 38 can be turned on to charge from the photodiode 20 to a floating diffusion area 28 transferred to. The floating diffusion area 28 may be a doped semiconductor region (e.g., a region in a silicon substrate that has been doped by ion implantation, impurity diffusion, or other doping process).

Als ein Beispiel kann der AB-Transistor 32 vor oder nach dem Erzeugen und Auslesen des Rücksetzpegelsignals angesteuert (z. B. eingeschaltet und dann ausgeschaltet werden), um die Ladungsakkumulation an der Photodiode 20 zu beginnen. Nach einem geeigneten Integrationszeitraum kann der Transfertransistor 38 eingeschaltet werden, um die akkumulierte Ladung zu dem Floating-Diffusion-Bereich 28 zu übertragen. Die akkumulierte Ladung kann dann unter Verwendung der Ladungsausleseschaltungsanordnung (z. B. Transistoren 40 und 42) ausgelesen werden.As an example, the AB transistor 32 before or after generating and reading out the reset level signal (e.g. switched on and then switched off) in order to accumulate the charge on the photodiode 20 to start. After a suitable integration period, the transfer transistor 38 to be turned on to the accumulated charge to the floating diffusion area 28 transferred to. The accumulated charge can then be made using the charge readout circuitry (e.g. transistors 40 and 42 ) can be read out.

Der Zeilenauswahltransistor 42 kann ein Gate aufweisen, das von einem Zeilenauswahlsignal gesteuert wird. Wenn das Zeilenauswahlsignal aktiviert wird, wird der Transistor 42 eingeschaltet und ein entsprechendes Signal Vout (z. B. ein Ausgangssignal mit einer Größe, die proportional zu der Ladungsmenge an dem Floating-Diffusion-Knoten 28 ist) wird auf den Pixelausgabepfad geleitet. Dies geschieht sowohl für die Rücksetzpegel-Signalauslesung als auch für die Bildpegel-Signalauslesung.The row selection transistor 42 may have a gate controlled by a row select signal. When the row select signal is activated, the transistor 42 turned on and a corresponding signal Vout (e.g., an output signal with a magnitude proportional to the amount of charge at the floating diffusion node 28 is) is directed to the pixel output path. This is done both for the reset level signal reading and for the image level signal reading.

In einer typischen Bildpixelarraykonfiguration sind zahlreiche Zeilen und Spalten der Pixel 30 vorhanden. Jede Spalte der Pixel 30 kann einem Spaltenauslesepfad zugeordnet sein (z. B. kann jedes Bildpixel 30 in einer Spalte über einen zugeordneten Zeilenauswahltransistor 42 mit dem Pixelausgabepfad gekoppelt sein). Das Zeilenauswahlsignal kann aktiviert werden, um das Signal Vout aus einem ausgewählten Bildpixel in den Spaltenauslesepfad auszulesen. Bilddaten Vout können zur weiteren Verarbeitung in die Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 eingespeist werden. Die Schaltungsanordnung von 3 ist lediglich veranschaulichend.In a typical image pixel array configuration, numerous rows and columns are the pixels 30th available. Each column of pixels 30th can be assigned to a column readout path (e.g. each image pixel can 30th in a column via an associated row selection transistor 42 coupled to the pixel output path). The row selection signal can be activated in order to read the signal Vout from a selected image pixel into the column readout path. Image data Vout can be processed in the processing circuitry 18th be fed. The circuit arrangement of 3rd is illustrative only.

Das Verwenden des Pixels 30 in der vorstehenden Weise versagt jedoch, wenn es darum geht, unerwünschtes Streulicht von in dem Floating-Diffusion-Bereich 28 in dem Pixel 30 gespeicherten verfälschenden Bildsignalen zu berücksichtigen und davor zu schützen. Das unerwünschte Streulicht bewirkt, dass Rauschen in dem Floating-Diffusion-Bereich 28 in dem Pixel 30 eingebracht wird. Um das eingebrachte Rauschen zu verwalten und zu berücksichtigen, wird ein Bildpixel, wie ein Bildpixel 30' in 4 eingebracht.Using the pixel 30th in the above manner, however, undesirable stray light from in the floating diffusion region fails 28 in the pixel 30th to take into account and to protect stored distorted image signals. The unwanted stray light causes noise in the floating diffusion area 28 in the pixel 30th is introduced. In order to manage and take into account the noise introduced, an image pixel, such as an image pixel 30 ' in 4th brought in.

Wie in 4 gezeigt, kann das Pixel 30' in 4 manche Komponenten aufweisen, die denjenigen in dem Pixel 30 in 3 ähnlich sind, und die Beschreibung dieser Komponenten wird weggelassen, um zu verhindern, dass die vorliegenden Ausführungsformen unnötigerweise unklar erscheinen. Von Elementen in 4 mit Bezugszeichen ähnlich denjenigen in den Elementen in 3 kann angenommen werden, dass sie ähnlichen Funktionen dienen, um in einer ähnlichen Weise zu arbeiten, usw., sofern nicht nachstehend anders beschrieben.As in 4th shown, the pixel 30 ' in 4th have some components that match those in the pixel 30th in 3rd are similar, and the description of these components is omitted to prevent the present embodiments from appearing unnecessarily obscure. Of elements in 4th with reference numerals similar to those in the elements in 3rd can be assumed to serve similar functions, to operate in a similar manner, etc., unless otherwise described below.

Das Pixel 30' kann zusätzlich einen Dual-Wandlungsverstärkungstransistor 60, eine Ladungsspeicherstruktur 62 und einen Kondensator 64 einschließen. Der Transistor 60 kann die Ladungsspeicherstruktur 62 mit dem Floating-Diffusion-Bereich 28 koppeln. Der Kondensator 64 kann zwischen der Ladungsspeicherstruktur 62 und der positiven Spannungsversorgung 22 (z. B. eine Spannungsversorgungschiene) eingefügt sein. Somit kann der Kondensator 64 dazu beitragen, Ladung an dem Speicherknoten der Ladungsspeicherstruktur 62 zu halten (z. B. Spannung VAA von der Speicherstruktur 62 abkoppeln). Als Beispiele kann die Ladungsspeicherstruktur 62 ein Kondensator, eine Speicherdiode, ein Speicherknoten, ein Speichergatter, eine Speicherladestruktur mit einem Speicherbereich in einer ähnlichen Weise wie der Floating-Diffusion-Bereich 28, usw. sein. Falls gewünscht, kann die Ladungsspeicherstruktur 62 eine Speicherkapazität aufweisen, die größer ist als die des Floating-Diffusion-Bereichs 28 (die z. B. zwei Mal größer, drei Mal größer, fünf Mal größer, zehn Mal größer, usw. ist).The pixel 30 ' can also have a dual conversion gain transistor 60 , a charge storage structure 62 and a capacitor 64 lock in. The transistor 60 can the charge storage structure 62 with the floating diffusion area 28 couple. The condenser 64 can between the charge storage structure 62 and the positive voltage supply 22 (e.g. a power supply rail). Thus the capacitor 64 help charge at the storage node of the charge storage structure 62 to hold (e.g. voltage VAA from the memory structure 62 disconnect). As an example, the charge storage structure 62 a capacitor, a storage diode, a storage node, a storage gate, a storage loading structure with a storage area in a manner similar to the floating diffusion area 28 , etc. If desired, the charge storage structure 62 have a storage capacity that is larger than that of the floating diffusion region 28 (for example, two times larger, three times larger, five times larger, ten times larger, etc.).

In manchen Ausführungsformen kann die Ladungsspeicherstruktur 62 die Speicherkapazität des Floating-Diffusion-Bereichs 28 beim Speichern von Bildladung erweitern (z. B. durch Aktivieren des Transistors 60, wenn die Ladung, die in dem Floating-Diffusion-Bereich 28 gespeichert ist, über einer Potentialbarriere des Transistors 60 liegt und hinüberfließt zur Speicherstruktur 62, usw.). Als ein Beispiel kann die Ladungsspeicherstruktur 62 die Speicherkapazität des Floating-Diffusion-Bereichs 28 in einem Modus mit niedriger Wandlungsverstärkung (low conversion gain, LCG) erweitern, und der Floating-Diffusion-Bereich 28, aber nicht die Ladungsspeicherstruktur 62, kann verwendet werden, um Bildladung in einem Modus mit einem hohen Wandlungs-Gate (high conversion gate, HCG) zu speichern.In some embodiments, the charge storage structure 62 the storage capacity of the floating diffusion area 28 expand when saving image charge (e.g. by activating the transistor 60 when the charge is in the floating diffusion area 28 is stored above a potential barrier of the transistor 60 lies and flows over to the storage structure 62 , etc.). As an example, the charge storage structure 62 the storage capacity of the floating diffusion area 28 in a low conversion gain (LCG) mode, and the floating diffusion range 28 , but not the charge storage structure 62 , can be used to store image charge in a high conversion gate (HCG) mode.

Anstelle von oder zusätzlich zu diesen Funktionalitäten (z. B. anstelle eines LCG-Modus und/oder zusätzlich zu einem HCG-Modus) kann die Ladungsspeicherstruktur 62 dazu konfiguriert sein, eine Stör- oder Streulicht-Referenzspannung zu erfassen und zu speichern. Der Störlicht-Referenzspannungspegel kann eine Menge an unerwünschtem Störlicht, das den Floating-Diffusion-Bereich 28 erreicht, darstellen und/oder dieser entsprechen. Um das unerwünschte Störlicht, das den Floating-Diffusion-Bereich 28 erreicht, genauer darzustellen und/oder ihm genauer zu entsprechen, kann die Ladungsspeicherstruktur 62 in einer ähnlichen Umgebung wie die des Diffusion-Bereichs 28 platziert und/oder in einer ähnlichen Weise wie der Diffusion-Bereich 28 bereitgestellt werden (z. B. benachbart zu dem Diffusion-Bereich 28 in einem Pixel-Layout, in demselben Bauteil wie der Diffusion-Bereich 28, in einer ähnlichen optischen Umgebung, mit einer ähnlichen Tiefe, mit einer ähnlichen Größe, mit einer ähnlichen Form, aus ähnlichen Materialien gebildet, usw.).Instead of or in addition to these functionalities (e.g. instead of an LCG mode and / or in addition to an HCG mode), the charge storage structure can 62 configured to detect an interference or stray light reference voltage and save. The stray light reference voltage level can be a lot of unwanted stray light that covers the floating diffusion area 28 achieved, represent and / or correspond to this. To the unwanted stray light that affects the floating diffusion area 28 reached to represent more precisely and / or to correspond more precisely to it, the charge storage structure 62 in an environment similar to that of the diffusion area 28 placed and / or in a manner similar to the diffusion area 28 can be provided (e.g. adjacent to the diffusion region 28 in a pixel layout, in the same part as the diffusion area 28 , in a similar optical environment, depth, size, shape, materials, etc.).

Durch Überwachen und Speichern eines Referenzspannungspegels (z. B. unter Verwendung der Speicherstruktur 62), der dem Störlicht entspricht, das unerwünschterweise durch den Floating-Diffusion-Bereich 28 erfasst wurde, kann das Pixel 30' das Störrauschen in einem Bildsignal schätzen und berücksichtigen. Als ein Beispiel kann die in der Speicherstruktur 62 gespeicherte Referenzspannung für das nachfolgende Auslesen unter Verwendung der Ladungsausleseschaltungsanordnung in dem Pixel 30' in den Floating-Diffusion-Bereich 28 übertragen werden, ähnlich dem, was geschieht, um das Rücksetzpegelsignal und das Bildpegelsignal zu erzeugen. Das ausgelesene Rauschreferenzsignal kann dann von dem Bildpegelsignal subtrahiert werden, um jegliche Rauschkontamination in dem Bildpegelsignal zu berücksichtigen. Dies kann in ähnlicher Weise für das Rücksetzpegelsignal getan werden, falls gewünscht.By monitoring and storing a reference voltage level (e.g. using the memory structure 62 ), which corresponds to the stray light, which is undesirably caused by the floating diffusion area 28 the pixel can be captured 30 ' estimate and take into account the noise in an image signal. As an example, that in the memory structure 62 stored reference voltage for subsequent readout using the charge readout circuitry in the pixel 30 ' in the floating diffusion area 28 are transmitted, similar to what happens to generate the reset level signal and the image level signal. The read noise reference signal can then be subtracted from the image level signal to take into account any noise contamination in the image level signal. This can be done similarly for the reset level signal if desired.

Zusätzlich kann das ausgelesene Rauschreferenzsignal skaliert werden, bevor es wie gewünscht subtrahiert wird, um den tatsächlichen Betrag an Störrauschen in dem Bildpegelsignal darzustellen. Als ein Beispiel kann in manchen Ausführungsformen die Speicherstruktur 62, die den Rauschreferenzspannungspegel speichert, eine zwei Mal höhere Störlichtempfindlichkeit wie der Floating-Diffusion-Bereich 28 aufweisen. Somit kann das ausgelesene Rauschreferenzsignal halbiert werden (oder auf irgendeine andere Weise skaliert werden, um den Unterschied in der Empfindlichkeit zwischen dem Floating-Diffusion-Bereich 28 und der Speicherstruktur 62 zu berücksichtigen), bevor es von dem Bildpegelsignal subtrahiert wird. Als ein weiteres Beispiel kann der Floating-Diffusion-Bereich 28 und die Speicherstruktur 62 auf eine Pixel-Referenzspannung zu unterschiedlichen Zeiten zurückgesetzt werden, und der Bildspannungspegel kann einer anderen Menge an Rauschen als der Rausch-Referenzspannungspegel über zwei unterschiedliche Zeitdauern ausgesetzt werden. Somit kann das ausgelesene RauschReferenzsignal nach diesen zeitlichen Differenzen skaliert werden. Diese Skalierungs- und Subtraktionsoperationen können unter Verwendung digitaler Verarbeitung (oder analoger Verarbeitung, falls gewünscht) von der Spaltenausleseschaltungsanordnung und/oder gegebenenfalls digitalen Signalverarbeitungsschaltungsanordnung durchgeführt werden.In addition, the read noise reference signal can be scaled before being subtracted as desired to represent the actual amount of noise in the image level signal. As an example, in some embodiments, the memory structure 62 , which stores the noise reference voltage level, is twice the noise sensitivity as the floating diffusion range 28 exhibit. Thus, the noise reference signal read out can be halved (or scaled in some other way to account for the difference in sensitivity between the floating diffusion region 28 and the memory structure 62 to be considered) before it is subtracted from the image level signal. As another example, the floating diffusion area 28 and the memory structure 62 are reset to a pixel reference voltage at different times, and the image voltage level may be subjected to a different amount of noise than the noise reference voltage level over two different time periods. The read-out noise reference signal can thus be scaled according to these time differences. These scaling and subtraction operations can be performed using digital processing (or analog processing, if desired) from the column readout circuitry and / or digital signal processing circuitry, if appropriate.

5A und 5B zeigen ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben eines Bildsensors mit einem Array von Bildpixeln des in 4 beschriebenen Typs (z. B. Bildpixel 30') in einem Störrauscherfassungsmodus. Insbesondere können während eines Zeitraums T1 die Transistoren 26 und 60 (die jeweils die Steuersignale RST<n> und DCG<n> empfangen) in den Pixeln 30' von Zeile n aktiviert werden, um den Floating-Diffusion-Bereich 28 und die Speicherstruktur 62 in diesen Pixeln auf eine Rücksetzpegelspannung zurückzusetzen. Die Rücksetzpegelspannung kann auch während des Zeitraums T1 unter Verwendung der jeweiligen Ladungsausleseschaltungsanordnung in diesen Pixeln (Pixeln der Zeile n) ausgelesen werden, um Rücksetzpegelsignale SHR<n> zu erzeugen. Während eines Zeitraums T2 können ähnliche Floating-Diffusion-Bereich-/Ladungsspeicherbereich-Rücksetz- und Rücksetzspannungs-Auslese-Operationen für eine andere Zeile von Pixeln (Pixel in Zeile n+1) stattfinden. Die Ladungsspeicherbereich-Rücksetz- und Ruhespannungs-Auslese-Operationen können nacheinander Zeile für Zeile über alle Zeilen in dem Pixelarray hinweg stattfinden (z. B. in einer Zeile-für-Zeile-Operation). 5A and 5B FIG. 4 shows an illustrative timing diagram for operating an image sensor with an array of image pixels of FIG 4th type described (e.g. image pixel 30 ' ) in a noise detection mode. In particular, during a period T1 the transistors 26 and 60 (which receive the control signals RST <n> and DCG <n>, respectively) in the pixels 30 ' from row n are activated to the floating diffusion area 28 and the memory structure 62 reset to a reset level voltage in these pixels. The reset level voltage can also change during the period T1 are read out using the respective charge readout circuitry in these pixels (pixels of line n) to generate reset level signals SHR <n>. During a period T2 similar floating diffusion area / charge storage area reset and reset voltage readout operations can take place for another row of pixels (pixels in row n + 1). The charge storage area reset and quiescent voltage readout operations can take place sequentially row by row across all rows in the pixel array (e.g., in a row-by-row operation).

Danach kann in Überlappung oder vor einem Abschnitt der vorausgehenden Zeile-für-Zeile-Operation der globale Betrieb beginnen. Als ein Beispiel kann der globale Betrieb das Ansteuern oder Ein- und Ausschalten der Transistoren 32 und 38 unter Verwendung globaler Steuersignale AB und TX in Pixeln von unterschiedlichen Zeilen (z. B. in allen Pixeln) während eines Zeitraums T3 einschließen. Falls gewünscht, kann der Transistor 32 ohne den Transistor 38 angesteuert werden.After that, global operation can begin in overlap or before a section of the preceding line-by-line operation. As an example, global operation may be driving the transistors on or off 32 and 38 using global control signals AB and TX in pixels of different lines (e.g. in all pixels) during a period T3 lock in. If desired, the transistor 32 without the transistor 38 can be controlled.

Nach dem Zeitraum T3 kann ein Integrationszeitraum auftreten (z. B. während eines Zeitraums T4, eines Zeitraums, der sich von einem Ende des Zeitraums T3 bis zu einem Ende eines Zeitraums T5 erstreckt). Während des Integrationszeitraums können die jeweiligen Photodioden 20 in jedem aktiven Pixel Ladung als Reaktion auf auftreffendes Licht akkumulieren. In einem Zeitraum T5 kann ein globales Signal TX aktiviert werden, um die akkumulierte Ladung an den Photodioden 20 zu den entsprechenden Floating-Diffusion-Bereichen 28 zu übertragen. Nachfolgend können Zeile-für-Zeile-(Auslese-) Operationen stattfinden. Falls gewünscht, können globale Operationen manche der Zeile-für-Zeile-Operationen überlappen, um die Dauer des Integrationszeitraums zu verlängern.After the period T3 an integration period can occur (e.g. during a period T4 , a period that is different from an end of the period T3 until the end of a period T5 extends). The respective photodiodes can be used during the integration period 20 accumulate charge in each active pixel in response to incident light. In a time span T5 a global signal TX can be activated to determine the accumulated charge on the photodiodes 20 to the corresponding floating diffusion areas 28 transferred to. Line-by-line (read) operations can subsequently take place. If desired, global operations can overlap some of the line-by-line operations to extend the duration of the integration period.

Bei einem Zeitraum T6 kann die Ladungsausleseschaltungsanordnung (z. B. Sourcefolger-Transistoren 40 und Zeilenauswahltransistoren 42) in Pixeln von Zeile n aktiviert werden, um Bildpegelsignale SHS<n> zu erzeugen. Anschließend kann während eines Zeitraums T7 das Steuersignal RST<n> für Pixel in Zeile n aktiviert werden, um entsprechende Transistoren 26 zu aktivieren, um den Floating-Diffusion-Bereich 28 zurückzusetzen und so das zuvor erfasste Photodiodensignal und jegliches erfasste Störlichtrauschen zu entfernen. Nach einem geeigneten Zeitraum kann das Steuersignal DCG<n> für Pixel in Zeile n aktiviert werden, um entsprechende Transistoren 60 zu aktivieren, um eine Störlichtrauschpegelspannung an den Floating-Diffusion-Bereich 28 zu übertragen. Die Störlichtrauschpegelspannung kann auch unter Verwendung einer Ladungsausleseschaltungsanordnung ausgelesen werden, um ein Störlichtrauschpegelsignal Calib<n> zu erzeugen. Ähnliche Operationen wie in den Zeiträumen T6 und T7 können in T8 und T9 für Pixel in einer anderen Zeile (z. B. Zeile <n+1>) stattfinden. Die Bildsignal- und Störlichtrauschpegelsignal-Auslese-Operationen können nacheinander Zeile für Zeile über alle Zeilen in dem Pixelarray hinweg stattfinden (z. B. in einer Zeile-für-Zeile-Operation). With a period T6 can the charge readout circuitry (e.g. source follower transistors 40 and row selection transistors 42 ) in pixels from line n are activated to generate image level signals SHS <n>. Then, during a period T7 the control signal RST <n> for pixels in line n are activated by appropriate transistors 26 to activate the floating diffusion area 28 reset and so remove the previously detected photodiode signal and any detected stray light noise. After a suitable period of time, the control signal DCG <n> for pixels in line n can be activated by corresponding transistors 60 to activate a spurious noise level voltage to the floating diffusion area 28 transferred to. The noise level voltage can also be read out using charge readout circuitry to produce a noise level signal Calib <n>. Similar operations as in the periods T6 and T7 can in T8 and T9 for pixels on another line (e.g. line <n + 1>). The image signal and noise level readout operations can take place sequentially line by line across all lines in the pixel array (e.g., in a line-by-line operation).

Digitale Verarbeitungsschaltungsanordnungen können lineare Kombinationen von (z. B. Skalier- und Subtraktions-Operationen auf) entsprechenden Bildpegelsignalen und den Rauschpegelsignalen durchführen, um Bildpegelsignale mit reduziertem Rauschen zu erzeugen.Digital processing circuitry can perform linear combinations of (e.g., scale and subtract operations on) corresponding image level signals and the noise level signals to produce reduced noise image level signals.

Während in 4 der Transistor 60 und der Transistor 26 parallel gezeigt sind, ist dies lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann der Transistor 60 entlang eines gemeinsamen Pfades zwischen dem Spannungsanschluss 22 und dem Floating-Diffusion-Bereich 28 in Reihe mit dem Transistor 26 geschaltet sein, und andere zusätzliche Schaltungsanordnungen (z. B. Transistoren, Kondensatoren, Schalter usw.) können mit dem gemeinsamen Pfad gekoppelt sein. Während sich manche der hierin beschriebenen Ausführungsformen auf eine Pixelkonfiguration mit fünf Transistoren beziehen, ist dies ebenso lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann eine Ladungsspeicherstruktur, die dazu betrieben werden kann, einen Referenzrauschspannungspegel zu speichern, wie Struktur 62 in 4, in jedem geeigneten Pixel implementiert werden, wie einem in einem Global-Shutter-Modus betreibbaren Pixel, das mehr als fünf Transistoren, weniger als fünf Transistoren aufweist, oder weitere Strukturen (z. B. Dioden, Transistoren, Speicherstrukturen, usw.) zusätzlich zu der Pixelkonfiguration von 4 aufweist. Die hierin beschriebenen Merkmale können die vorstehend erwähnten Pixelkonfigurationen analog beschreiben.While in 4th the transistor 60 and the transistor 26 are shown in parallel, this is only illustrative. If desired, the transistor 60 along a common path between the voltage connection 22 and the floating diffusion area 28 in series with the transistor 26 and other additional circuitry (e.g., transistors, capacitors, switches, etc.) may be coupled to the common path. While some of the embodiments described herein relate to a five transistor pixel configuration, this is also illustrative only. If desired, a charge storage structure that can be operated to store a reference noise voltage level, such as structure 62 in 4th , are implemented in any suitable pixel, such as a pixel that can be operated in a global shutter mode and has more than five transistors, less than five transistors, or other structures (e.g. diodes, transistors, memory structures, etc.) in addition to the pixel configuration of 4th having. The features described herein may analogously describe the pixel configurations mentioned above.

In manchen Ausführungsformen kann die Ladungsspeicherstruktur 62 direkt mit der Pixel-(Spalten-)Ausleseschaltungsanordnung und Bypass-Ladungs-Ausleseschaltungsanordnung in Pixel 30' in 4 gekoppelt sein. Falls gewünscht, kann die Ladungsspeicherstruktur 62 einen separaten Satz von Ausleseschaltungsanordnungen aufweisen und damit gekoppelt sein (die sich z. B. von den Transistoren 40 und 42 unterscheiden, die keine Verbindung zu dem Floating-Diffusion-Bereich 28 usw. benötigen).In some embodiments, the charge storage structure 62 directly with the pixel (column) readout circuitry and bypass charge readout circuitry in pixels 30 ' in 4th be coupled. If desired, the charge storage structure 62 have and be coupled to a separate set of readout circuitry (e.g., different from the transistors 40 and 42 distinguish that have no connection to the floating diffusion area 28 etc.).

In manchen Ausführungsformen kann das Störlichtrauschpegelsignal durch einen Verstärkungsfaktor und/oder einen Offset eingestellt werden, bevor es von dem Bildpegelsignal subtrahiert wird. In manchen Ausführungsformen kann eine (digitale) Verarbeitungsschaltungsanordnung nur das Störlichtrauschpegelsignal subtrahieren, wenn das Bildpegelsignal größer als das Störlichtrauschpegelsignal ist. In manchen Ausführungsformen subtrahiert die (digitale) Verarbeitungsschaltungsanordnung möglicherweise nur das Störlichtrauschpegelsignal von dem Bildpegelsignal, wenn das Störlichtrauschpegelsignal über einem (vorgegebenen) gegebenen Schwellenwert liegt (z. B. um die Hinzufügung von Rauschen über die Subtraktionsoperation zu vermeiden). In manchen Ausführungsformen subtrahiert die (digitale) Verarbeitungsschaltungsanordnung möglicherweise nur das Störlichtrauschpegelsignal von dem Bildpegelsignal, wenn das Bildpegelsignal kleiner als ein gesättigter Betrag ist (z. B. um die Entsättigung von hellen Objekten zu vermeiden). Diese Subtraktionskriterien können auf beliebige geeignete Störrauschreferenzspeicherschaltungen angewendet werden.In some embodiments, the spurious noise level signal may be adjusted by a gain and / or an offset before subtracting it from the image level signal. In some embodiments, (digital) processing circuitry can only subtract the spurious noise level signal if the image level signal is greater than the spurious noise level signal. In some embodiments, the (digital) processing circuitry may only subtract the stray noise level signal from the image level signal when the stray noise level signal is above a (predetermined) given threshold (e.g., to avoid adding noise via the subtraction operation). In some embodiments, the (digital) processing circuitry may only subtract the spurious noise level signal from the image level signal if the image level signal is less than a saturated amount (e.g., to avoid desaturation of bright objects). These subtraction criteria can be applied to any suitable noise reference memory circuit.

In manchen Ausführungsformen kann ein Bildsensor mit Pixeln 30' die Differenz zwischen dem Störlichtrauschpegelsignal und dem Bildpegelsignal (erzeugt in der Photodiode) als ein Mittel zum Überwachen und zum Detektieren von sich bewegenden Objekten verwenden. Somit kann die Steuerschaltungsanordnung betreibbar sein, um Objektdetektions-Operationen basierend auf einem Vergleich zwischen der Störlichtrauschpegelsignal und dem Bildpegelsignal durchzuführen.In some embodiments, an image sensor can have pixels 30 ' use the difference between the spurious noise level signal and the image level signal (generated in the photodiode) as a means for monitoring and detecting moving objects. Thus, the control circuitry may be operable to perform object detection operations based on a comparison between the stray light level signal and the image level signal.

In manchen Ausführungsformen kann der Speicherknoten mit niedriger Wandlungsverstärkung (z. B. Kondensator) als Global-Shutter-Effizienzmonitor verwendet werden. Somit kann der Speicherknoten mit niedriger Wandlungsverstärkung auch bei einem Betriebsmodus mit hoher Wandlungsverstärkung betrieben werden (z. B. wenn der Speicherknoten mit hoher Wandlungsverstärkung von der Photodiode erzeugte Ladung für den Speicherknoten mit hoher Wandlungsverstärkung speichert). Das in dem Speicherknoten mit niedriger Wandlungsverstärkung gespeicherte Signal kann verwendet werden, um ein Störrauschsignal innerhalb des Signals, das in dem Speicherknoten mit hoher Wandlungsverstärkung gespeichert ist, wegzusubtrahieren. Als ein Beispiel kann die Subtraktionsoperation zum Teil von einem digitalen Scaler durchgeführt werden. Dies kann insbesondere in dem Fall hilfreich sein, wenn es sich bei dem Bild um ein „lichtarmes“ Bild handelt und das Störsignal hoch (z. B. hell) ist.In some embodiments, the low conversion gain storage node (e.g., capacitor) can be used as a global shutter efficiency monitor. Thus, the storage node with low conversion gain can also be operated in an operating mode with high conversion gain (e.g. if the storage node with high conversion gain stores charge generated by the photodiode for the storage node with high conversion gain). The signal stored in the low conversion gain storage node can be used to locate a noise signal within the signal received in the storage node with high conversion gain is stored to subtract away. As an example, the subtraction operation can be performed in part by a digital scaler. This can be particularly helpful if the picture is a "low-light" picture and the interference signal is high (e.g. bright).

Wie in Verbindung mit der Pixelkonfiguration von 4 beschrieben, kann der Ladungsspeicherbereich 62 in 4 aus Speicherdioden und/oder anderen Strukturen gebildet sein und kann in einer anderen Konfiguration in Bezug auf den Rest der Pixelschaltungsanordnung implementiert werden. Als ein Beispiel zeigt 6 ein Pixel (das z. B. in ähnlicher Weise hierin als das Pixel 30' bezeichnet wird), das die Speicherdiode 62 (manchmal hierin als eine Referenzdiode bezeichnet) einschließt, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich 28 durch eine Speicherdiode 82 (manchmal hierin als Ladungsspeicherbereich oder Ladungsspeicherstruktur bezeichnet) gekoppelt ist. Die Speicherdiode 62 kann eine gepinnte Diode sein (z. B. mit einer zugehörigen Pinning-Spannung). Falls gewünscht, kann die Speicherdiode 82 als ein Speichergatter oder eine andere Speicherstruktur implementiert sein.As in connection with the pixel configuration of 4th described, the charge storage area 62 in 4th may be formed from memory diodes and / or other structures and may be implemented in a different configuration with respect to the rest of the pixel circuitry. As an example shows 6 a pixel (e.g., similarly herein as the pixel 30 ' is called) that the memory diode 62 (sometimes referred to herein as a reference diode) that includes the floating diffusion region 28 through a memory diode 82 (sometimes referred to herein as a charge storage area or structure). The memory diode 62 can be a pinned diode (e.g. with an associated pinning voltage). If desired, the memory diode 82 implemented as a memory gate or other memory structure.

Wie in 6 gezeigt, kann das Pixel 30' in 6 manche Komponenten aufweisen, die denen des Pixels 30' in 4 ähnlich sind, und die Beschreibung dieser Komponenten wird weggelassen, um zu verhindern, dass die vorliegenden Ausführungsformen unnötigerweise unklar erscheinen. Von Elementen in 6 mit Bezugszeichen ähnlich denjenigen in den Elementen in 4 kann angenommen werden, dass sie ähnlichen Funktionen dienen, in ähnlicher Weise arbeiten, usw., sofern hierin nichts anderes beschrieben ist.As in 6 shown, the pixel 30 ' in 6 some components have that of the pixel 30 ' in 4th are similar, and the description of these components is omitted to prevent the present embodiments from appearing unnecessarily obscure. Of elements in 6 with reference numerals similar to those in the elements in 4th may be assumed to serve similar functions, operate in a similar manner, etc., unless otherwise described herein.

In dieser Konfiguration für das Pixel 30' kann die Speicherdiode 82 zwischen der Photodiode 20 und dem Floating-Diffusion-Bereich 28 eingefügt sein. Zwei Transistoren 80 und 82 können die Photodiode 20 mit der Speicherdiode 82 koppeln bzw. können die Speicherdiode 82 mit dem Floating-Diffusion-Bereich 28 koppeln. Die Speicherdiode 62 kann zwischen Transistoren 86 und 88 eingefügt sein. Der Transistor 86 kann den Spannungsversorgungsanschluss 22 mit der Speicherdiode 62 koppeln, wodurch ein Rücksetzpfad für die Speicherdiode 62 bereitgestellt wird. Der Transistor 88 kann die Speicherdiode 62 mit der Speicherdiode 82 koppeln.In this configuration for the pixel 30 ' can the memory diode 82 between the photodiode 20 and the floating diffusion area 28 be inserted. Two transistors 80 and 82 can use the photodiode 20 with the memory diode 82 couple or can the memory diode 82 with the floating diffusion area 28 couple. The memory diode 62 can between transistors 86 and 88 be inserted. The transistor 86 can the power supply connector 22 with the memory diode 62 couple, creating a reset path for the memory diode 62 provided. The transistor 88 can the memory diode 62 with the memory diode 82 couple.

Die Speicherdiode 62 kann in ähnlicher Weise ein Störlichtsignal erzeugen und speichern und das Störlichtsignal über den Transistor 88, die Speicherdiode 82 und den Transistor 84 zu dem Floating-Diffusion-Bereich 28 übertragen. Sobald sich das Störlichtsignal in dem Floating-Diffusion-Bereich 28 befindet, kann es unter Verwendung der Transistoren 40 und 42 (oder anderer separater Auslesetransistoren) ausgelesen werden. Die Photodiode 20 kann Bildsignale erzeugen und das Bildsignal über den Transistor 80, die Speicherdiode 82 und den Transistor 84 zu dem Floating-Diffusion-Bereich 28 übertragen. Sobald sich das Bildsignal in dem Floating-Diffusion-Bereich 28 befindet, kann es unter Verwendung der Transistoren 40 und 42 ausgelesen werden.The memory diode 62 can similarly generate and store a stray light signal and the stray light signal through the transistor 88 , the storage diode 82 and the transistor 84 to the floating diffusion area 28 transfer. Once the stray light signal is in the floating diffusion range 28 it can be made using the transistors 40 and 42 (or other separate read-out transistors). The photodiode 20 can generate image signals and the image signal through the transistor 80 , the storage diode 82 and the transistor 84 to the floating diffusion area 28 transfer. Once the image signal is in the floating diffusion area 28 it can be made using the transistors 40 and 42 be read out.

Während beschrieben wird, dass die Speicherdiode 62 als ein Störlichtrauschspeicher dient, ist dies lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann die Speicherdiode 62 so implementiert sein, dass sie anderen Funktionen dient. Als ein Beispiel kann die Speicherdiode 62 in einem Betriebsmodus dazu verwendet werden, Störlichtrauschen zu speichern, und in einem anderen Betriebsmodus kann die Speicherdiode 62 dazu verwendet werden, Bildsignale, die Einzelbilder bilden, zu erzeugen und zu speichern.While it is described that the memory diode 62 serves as a stray light noise store, this is only illustrative. If desired, the memory diode 62 be implemented in such a way that it serves other functions. As an example, the memory diode 62 used in one mode of operation to store stray light noise, and in another mode of operation the memory diode 62 are used to generate and store image signals that form individual images.

7 zeigt ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben eines Bildsensors mit einem Array von Bildpixeln des in 6 beschriebenen Typs (z. B. Bildpixel 30') in einem Störrauscherfassungsmodus. Ähnlich zu dem, was in den 5A und 5B gezeigt ist, kann die Steuerschaltungsanordnung (z. B. die Zeilensteuerschaltungsanordnung 25 in 2) global Steuersignale AB1 aktivieren (z. B. Steuern der Transistoren 32 über alle aktiven Pixel 30' oder über alle Pixel 30'), um die Photodioden 20 in einem Zeitraum T10 zurückzusetzen. Wenn das Steuersignal AB 1 deaktiviert ist, kann eine Ladeintegrationszeit beginnen. Die Ladeintegrationszeit kann am Ende eines Zeitraums T11 enden. Während des Zeitraums T11 kann die Steuerschaltungsanordnung ein Steuersignal TX1 global aktivieren (Steuern der Transistoren 80), um integrierte Ladung von den Photodioden 20 zu der Speicherdiode 82 zu übertragen. Während eines Zeitraums T12 kann die Steuerschaltungsanordnung ein Steuersignal AB2 global aktivieren (Steuern der Transistoren 86), um die Speicherdiode 62 zurückzusetzen. Wenn das Steuersignal AB2 deaktiviert ist, kann die Speicherdiode 62 beginnen, Ladung basierend auf Störlichtrauschen zu akkumulieren. 7 FIG. 5 shows an illustrative timing diagram for operating an image sensor with an array of image pixels of the type shown in FIG 6 type described (e.g. image pixel 30 ' ) in a noise detection mode. Similar to what is in the 5A and 5B is shown, the control circuitry (e.g., the row control circuitry 25th in 2nd ) global control signals AB1 activate (e.g. controlling the transistors 32 over all active pixels 30 ' or over all pixels 30 ' ) to the photodiodes 20 in a time span T10 reset. If the control signal FROM 1 is deactivated, a charging integration time can begin. The charging integration time can be at the end of a period T11 end up. During the period T11 the control circuitry can provide a control signal TX1 globally activate (control of the transistors 80 ) to integrated charge from the photodiodes 20 to the memory diode 82 transferred to. During a period T12 the control circuitry can provide a control signal STARTING AT 2 globally activate (control of the transistors 86 ) to the storage diode 62 reset. If the control signal STARTING AT 2 is deactivated, the memory diode 62 start to accumulate charge based on noise.

Nach einer geeigneten Zeitdauer kann die Steuerschaltungsanordnung Steuersignale aktivieren, um mit den Auslese-Operationen nacheinander über Zeilen von Pixeln 30' hinweg zu beginnen. In einem Zeitraum T14 kann ein Steuersignal TX2, das die Transistoren 84 für eine gegebene Zeile von Pixeln (Zeile n) steuert, aktiviert werden, um die in der Speicherdiode 82 gespeicherten Bildsignale (übertragen während des Zeitraums T11) zu dem Floating-Diffusion-Bereich 28 zu übertragen. Dieses Bildsignal kann unter Verwendung einer Ausleseschaltungsanordnung ausgelesen werden (z. B. kann die Steuerschaltungsanordnung ein Steuersignal RS aktivieren). Falls gewünscht, kann das Bildsignal unter Verwendung eines korrelierten Doppelabtastschemas (correlated double sampling (CDS) scheme) ausgelesen werden. In diesem Szenario vor dem Zeitraum T14 (z. B. während des Zeitraums T13) kann die Steuerschaltungsanordnung ein Steuersignal RST aktivieren, das die Transistoren 26 für Zeile n steuert, um den Floating-Diffusion-Bereich 28 zurückzusetzen. Das Rücksetzpegelsignal und das Bildsignal können in einem CDS-Schema ausgelesen werden.After an appropriate period of time, the control circuitry may activate control signals to sequentially read lines across pixels 30 ' to start away. In a time span T14 can be a control signal TX2 that the transistors 84 controls for a given row of pixels (row n), activated to those in the memory diode 82 stored image signals (transmitted during the period T11 ) to the floating diffusion area 28 transferred to. This image signal can be read out using readout circuitry (e.g., the control circuitry can be a Control signal RS activate). If desired, the image signal can be read out using a correlated double sampling (CDS) scheme. In this scenario, before the period T14 (e.g. during the period T13 ) the control circuit arrangement can provide a control signal RST activate that the transistors 26 for row n controls the floating diffusion area 28 reset. The reset level signal and the image signal can be read out in a CDS scheme.

In einem Zeitraum T15 kann die Steuerschaltungsanordnung ein Steuersignal TX3 aktivieren, das die Transistoren 88 für die Zeile n steuert, um Störlichtrauschsignale an die Speicherdiode 82 zu übertragen. Anschließend und/oder gleichzeitig kann die Steuerschaltungsanordnung während eines Zeitraums T16 das Steuersignal TX2 für die Zeile n aktivieren, um Störlichtsignale zum Auslesen an den Floating-Diffusion-Bereich 28 zu übertragen. Ähnlich zu den Bildsignalen können die Störlichtsignale in einem CDS-Schema ausgelesen werden. In diesem Szenario kann die Steuerschaltungsanordnung das Steuersignal RST für Zeile n vor dem Zeitraum T16 aktivieren (z. B. während des Zeitraums T16). Während das Timing von 17 veranschaulicht, dass die Aktivierung für das Steuersignal RST synchron mit der Aktivierung für das Steuersignal TX3 ist, ist dies lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, können diese Aktivierungen zeitlich nur teilweise überlappen oder nicht überlappen.In a time span T15 the control circuitry can provide a control signal TX3 activate that the transistors 88 for line n controls to spurious noise signals to the memory diode 82 transferred to. Subsequently and / or simultaneously, the control circuit arrangement can during a period T16 the control signal TX2 for the line n activate to read stray light signals to the floating diffusion area 28 transferred to. Similar to the image signals, the stray light signals can be read out in a CDS scheme. In this scenario, the control circuitry can control the signal RST for line n before the period T16 activate (e.g. during the period T16 ). During the timing of 17th illustrates that activation for the control signal RST synchronized with the activation for the control signal TX3 is illustrative only. If desired, these activations can only partially overlap in time or not overlap.

Während Zeiträumen T17 bis T20 kann eine Operation analog zu der Operation während der Zeiträume T13 bis T14 für die Zeile n für eine weitere Zeile stattfinden (z. B. Zeile <n+1>). Nach dem Zeitraum T20 können ähnliche Operationen für noch eine andere Zeile stattfinden. Dieses fortlaufende Ausleseschema kann stattfinden, bis alle Bildsignale und Störlichtrauschpegelsignale aus allen Zeilen ausgelesen sind.During periods T17 to T20 surgery can be analogous to surgery during periods T13 to T14 for line n take place for another line (e.g. line <n + 1>). After the period T20 similar operations can take place on yet another line. This continuous readout scheme can take place until all image signals and background noise level signals have been read out from all lines.

Als weiteres Beispiel zeigt 8 ein Pixel (das z. B. hierin in ähnlicher Weise als Pixel 30' bezeichnet wird), das eine Speicherdiode 62 einschließt, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich 28 gekoppelt ist. Das Pixel 30' in 8 kann manche Komponenten aufweisen, die denen in Pixel 30' in 6 ähnlich sind, und die Beschreibung dieser Komponenten wird weggelassen, um zu verhindern, dass die vorliegenden Ausführungsformen unnötigerweise unklar erscheinen. Von Elementen in 8 mit Bezugszeichen ähnlich denjenigen in den Elementen in 6 kann angenommen werden, dass sie ähnlichen Funktionen dienen, in ähnlicher Weise arbeiten, usw., sofern hierin nichts anderes beschrieben ist.As another example shows 8th a pixel (e.g., herein similarly as a pixel 30 ' is called), which is a memory diode 62 includes that with the floating diffusion area 28 is coupled. The pixel 30 ' in 8th can have some components that match those in pixels 30 ' in 6 are similar, and the description of these components is omitted to prevent the present embodiments from appearing unnecessarily obscure. Of elements in 8th with reference numerals similar to those in the elements in 6 may be assumed to serve similar functions, operate in a similar manner, etc., unless otherwise described herein.

Wie in 8 gezeigt, kann der Transistor 88 in 8 die Speicherdiode 62 direkt mit dem Floating-Diffusion-Bereich 28 koppeln, anstatt dass der Transistor 88 die Speicherdiode 62 mit der Speicherdiode 82 (wie in 6) koppelt. Zusätzlich kann aufgrund dieser Konfiguration die Speicherdiode 62 eine ungepinnte Diode (oder eine gepinnte Diode ähnlich der Diode 62 in 6) sein.As in 8th shown, the transistor 88 in 8th the memory diode 62 directly with the floating diffusion area 28 couple instead of the transistor 88 the memory diode 62 with the memory diode 82 (as in 6 ) couples. In addition, due to this configuration, the memory diode 62 an unpinned diode (or a pinned diode similar to the diode 62 in 6 ) be.

9 zeigt ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben eines Bildsensors mit einem Array von Bildpixeln des in 8 beschriebenen Typs (z. B. Bildpixel 30') in einem Störrauscherfassungsmodus. Die Steuerschaltungsanordnung kann die Signale AB1, AB2 und TX1 global während Zeiträumen T21, T22 und T23 aktivieren. Anders als in 7 erfolgt die Aktivierung des Steuersignals AB2 vor der Aktivierung des Steuersignals TX1. Dies ist jedoch lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann die Aktivierung des Steuersignals AB2 auch auf die Aktivierung des Steuersignals TX1 folgen oder sich mit dieser überlappen. 9 FIG. 5 shows an illustrative timing diagram for operating an image sensor with an array of image pixels of the type shown in FIG 8th type described (e.g. image pixel 30 ' ) in a noise detection mode. The control circuitry can handle the signals AB1 , STARTING AT 2 and TX1 globally during periods T21 , T22 and T23 activate. Different from in 7 the control signal is activated STARTING AT 2 before activation of the control signal TX1 . However, this is only illustrative. If desired, the activation of the control signal STARTING AT 2 also on the activation of the control signal TX1 follow or overlap with this.

Nach dem Zeitraum T23 kann die Steuerschaltungsanordnung die Pixel 30 steuern, um die Auslese-Operation nacheinander Zeile für Zeile durchzuführen. In einem Zeitraum T25 kann die Steuerschaltungsanordnung das Steuersignal TX3 für eine gegebene Zeile von Pixeln 30 (z. B. für Zeile n) aktivieren, um Störlichtsignale zum Auslesen in den Floating-Diffusion-Bereich 28 zu übertragen. Im Falle eines CDS-Ausleseschemas kann das Steuersignal RST für Zeile n während eines Zeitraums T24 aktiviert werden.After the period T23 the control circuitry can control the pixels 30th control in order to carry out the read operation one after the other line by line. In a time span T25 the control circuitry can control the control signal TX3 for a given row of pixels 30th (e.g. for line n) to activate stray light signals for reading in the floating diffusion area 28 transferred to. In the case of a CDS readout scheme, the control signal RST for row n during a period T24 to be activated.

In einem Zeitraum T27 kann die Steuerschaltungsanordnung das Steuersignal TX2 für die Zeile n aktivieren, um Bildlichtsignale zum Auslesen in den Floating-Diffusion-Bereich 28 zu übertragen. Im Falle eines CDS-Ausleseschemas kann das Steuersignal RST für Zeile n während des Zeitraums T26 aktiviert werden.In a time span T27 the control circuitry can control the control signal TX2 for line n activate to image light signals for reading in the floating diffusion area 28 transferred to. In the case of a CDS readout scheme, the control signal RST for row n during the period T26 to be activated.

Während Zeiträumen T28 bis T31 kann eine Operation analog zu der Operation während der Zeiträume T24 bis T27 für die Zeile n für eine weitere Zeile stattfinden (z. B. Zeile <n+1>). Nach dem Zeitraum T31 können ähnliche Operationen für noch eine andere Zeile stattfinden. Dieses fortlaufende Ausleseschema kann stattfinden, bis alle Bildsignale und Störlichtrauschpegelsignale aus allen Zeilen ausgelesen sind.During periods T28 to T31 surgery can be analogous to surgery during periods T24 to T27 for line n take place for another line (e.g. line <n + 1>). After the period T31 similar operations can take place on yet another line. This continuous readout scheme can take place until all image signals and background noise level signals have been read out from all lines.

Es wurden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, die Systeme und Verfahren zum Erzeugen von Bildsignalen mit reduziertem Rauschen veranschaulichen.Various embodiments have been described that illustrate systems and methods for generating image signals with reduced noise.

Insbesondere kann ein Bildsensor ein Array von Bildsensorpixeln einschließen, die in Spalten und Zeilen angeordnet sind. Jedes Pixel in dem Array kann ein photosensitives Element, das über einen ersten Pfad mit einem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Bildpegelsignal unter Verwendung von Global-Shutter-Operationen zu erzeugen, und eine Ladungsspeicherstruktur einschließen, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich über einen zweiten Pfad gekoppelt ist, der sich von dem ersten Pfad unterscheidet, und betreibbar ist, um ein Störlichtrauschpegelsignal unter Verwendung von Global-Shutter-Operationen zu erzeugen. Der Bildsensor kann auch eine zusätzliche Ladungsspeicherstruktur einschließen.In particular, an image sensor can include an array of image sensor pixels arranged in columns and rows. Each pixel in the array can be a photosensitive element that has a the first path coupled to and operable to generate an image level signal using global shutter operations and include a charge storage structure coupled to the floating diffusion region via a second path that differs from the first path and is operable to generate a stray noise level signal using global shutter operations. The image sensor can also include an additional charge storage structure.

Die Steuerschaltungsanordnung kann betreibbar sein, um Auslese-Operationen auf dem Störlichtpegelsignal-Betrieb auf dem Störlichtrauschpegelsignal Zeile für Zeile durchzuführen (um Auslese-Operationen für Bildpegelsignale und Störlichtrauschpegelsignale für eine gegebene Zeile vor dem Durchführen von Auslese-Operationen für Bildpegelsignale und Störlichtrauschpegelsignale für eine nachfolgende Zeile durchzuführen). Mit anderen Worten können die Auslese-Operationen Zeile für Zeile an Sätzen der Bildsignale und der Störlichtsignale erfolgen, wobei jeder Satz den Bildsignalen und den Störlichtsignalen für eine Zeile in den Zeilen entspricht.The control circuitry may be operable to perform read operations on the stray light level operation on the stray light level signal line by line (to perform read operations for image level signals and stray noise level signals for a given line prior to performing read out operations for image level signals and stray noise level signals for a subsequent line perform). In other words, the read-out operations can be carried out line by line on sets of the image signals and the stray light signals, each set corresponding to the image signals and the stray light signals for one line in the lines.

Die Verarbeitungsschaltungsanordnung kann betreibbar sein, um selektiv eine Subtraktionsoperation basierend auf dem Bildpegelsignal und dem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen (z. B. um eine lineare Kombinationsoperation, wie Subtrahieren einer skalierten Version des Störlichtrauschpegelsignals von dem Bildpegelsignal zum Erzeugen eines Signals mit reduziertem Rauschen zum Bilden eines Einzelbildes, durchzuführen). Als Beispiele kann die Subtraktionsoperation basierend darauf durchgeführt werden, ob das Störlichtrauschpegelsignal größer als ein Schwellenwertpegel ist, ob das Bildpegelsignal kleiner als ein Schwellenwertpegel ist, usw.The processing circuitry may be operable to selectively perform a subtraction operation based on the image level signal and the spurious noise level signal (e.g., a linear combination operation, such as subtracting a scaled version of the spurious noise level signal from the image level signal to produce a reduced noise signal to form a frame, perform). As examples, the subtraction operation can be performed based on whether the stray noise level signal is greater than a threshold level, whether the image level signal is less than a threshold level, etc.

Als ein Beispiel kann die Ladungsspeicherstruktur eine Speicherdiode sein, die über einen ersten Transistor mit dem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist, der Floating-Diffusion-Bereich kann über einen zweiten Transistor mit einem Spannungsversorgungsanschluss gekoppelt sein und die Speicherdiode kann von dem Spannungsversorgungsanschluss entkoppelt sein. Der Floating-Diffusion-Bereich kann zwischen dem photosensitiven Element und der Speicherdiode eingefügt sein. Die Speicherdiode kann betreibbar sein, um ein Signal mit niedriger Wandlungsverstärkung in einem Betriebsmodus mit niedriger Wandlungsverstärkung zu speichern.As an example, the charge storage structure may be a memory diode coupled to the floating diffusion region via a first transistor, the floating diffusion region may be coupled to a voltage supply connection via a second transistor, and the memory diode may be decoupled from the voltage supply connection . The floating diffusion region can be inserted between the photosensitive element and the memory diode. The memory diode may be operable to store a low conversion gain signal in a low conversion gain operating mode.

In manchen Ausführungsformen kann das photosensitive Element über einen ersten Pfad mit der Ausleseschaltungsanordnung gekoppelt sein, und die Ladungsspeicherstruktur kann mit der Ausleseschaltungsanordnung über einen zweiten Pfad gekoppelt sein, der sich von dem ersten Pfad unterscheidet und betreibbar ist, um ein Störlichtsignal zu erzeugen. Die Ausleseschaltungsanordnung kann einen ersten Satz von Transistoren, der mit dem photosensitiven Element gekoppelt ist und betreibbar ist, um das Bildsignal auszulesen, und einen zweiten Satz von Transistoren einschließen, der sich von dem ersten Satz unterscheidet, der mit der Ladungsspeicherstruktur gekoppelt ist und betreibbar ist, um das Störlichtsignal auszulesen. Falls gewünscht, kann der zweite Satz von Transistoren mit entsprechenden Ladungsspeicherbereichen in zwei oder mehr Bildpixeln gekoppelt und von diesen gemeinsam genutzt werden.In some embodiments, the photosensitive element may be coupled to the readout circuitry via a first path and the charge storage structure may be coupled to the readout circuitry via a second path that is different from the first path and is operable to generate a stray light signal. The readout circuitry may include a first set of transistors coupled to the photosensitive element and operable to read the image signal and a second set of transistors different from the first set coupled to the charge storage structure and operable to read out the stray light signal. If desired, the second set of transistors can be coupled to corresponding charge storage areas in two or more image pixels and shared between them.

Die Steuerschaltungsanordnung kann betreibbar sein, um ein erstes globales Steuersignal zu aktivieren, damit die Bildpixel mit dem Erzeugen des Bildsignals beginnen, und die Bildpixel zu steuern, damit sie mit dem Erzeugen des Störlichtsignals beginnen. Die Steuerschaltungsanordnung kann betreibbar sein, um ein zweites globales Steuersignal zu aktivieren, das einen Transistor steuert, um das Bildsignal zu einem Ladungsspeicherbereich zu übertragen. Die Steuerschaltungsanordnung kann betreibbar sein, um das Störlichtsignal Zeile für Zeile zu dem Ladungsspeicherbereich zu übertragen. Als Beispiele kann die Steuerschaltungsanordnung betreibbar sein, um einen Satz von Steuersignalen Zeile für Zeile oder ein drittes globales Steuersignal zu aktivieren, um die Bildpixel zu steuern, damit sie mit dem Erzeugen des Störlichtsignals beginnen.The control circuitry may be operable to activate a first global control signal to cause the image pixels to begin generating the image signal and to control the image pixels to begin generating the stray light signal. The control circuitry may be operable to activate a second global control signal that controls a transistor to transfer the image signal to a charge storage area. The control circuitry may be operable to transmit the stray light signal line by line to the charge storage area. As examples, the control circuitry may be operable to activate a set of control signals line by line or a third global control signal to control the image pixels to begin generating the stray light signal.

In manchen Ausführungsformen mit einem Bildpixel, das eine zusätzliche Ladungsspeicherstruktur aufweist, die zwischen dem photosensitiven Element und dem Floating-Diffusion-Bereich angeordnet ist, kann das Bildpixel einen ersten Transistor, der das photosensitive Element mit dem zusätzlichen Ladungsspeicherbereich koppelt, einen zweiten Transistor, der den Ladungsspeicherbereich mit dem zusätzlichen Ladungsspeicherbereich koppelt, und einen dritten Transistor, der den zusätzlichen Ladungsspeicherbereich mit dem Floating-Diffusion-Bereich koppelt, einschließen. In some embodiments with an image pixel having an additional charge storage structure disposed between the photosensitive element and the floating diffusion region, the image pixel may include a first transistor that couples the photosensitive element to the additional charge storage region, a second transistor that couples the charge storage area to the additional charge storage area, and a third transistor that couples the additional charge storage area to the floating diffusion area.

Gemäß einer Ausführungsform kann ein Bildsensor ein Array von Bildpixeln einschließen. Ein Bildpixel in dem Array kann ein photosensitives Element einschließen, das über einen ersten Pfad mit einem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Bildpegelsignal unter Verwendung von Global-Shutter-Operationen zu erzeugen. Das Bildpixel kann ferner eine Ladungsspeicherstruktur einschließen, die über einen zweiten Pfad mit dem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist und betreibbar ist, um unter Verwendung von Global-Shutter-Operationen ein Störlichtrauschpegelsignal zu erzeugen. Der erste Pfad kann von dem zweiten Pfad getrennt sein. Der Bildsensor kann ferner eine Steuerschaltungsanordnung einschließen, die betreibbar ist, um eine Auslese-Operation auf dem Bildpegelsignal und eine Auslese-Operation auf dem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.In one embodiment, an image sensor may include an array of image pixels. An image pixel in the array may include a photosensitive element coupled to a floating diffusion region via a first path and operable to generate an image level signal using global shutter operations. The image pixel may further include a charge storage structure coupled to the floating diffusion region via a second path and operable to generate a noise level signal using global shutter operations. The first path can be from the second path be separated. The image sensor may further include control circuitry operable to perform a readout operation on the image level signal and a readout operation on the stray light noise level signal.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Bildsensor ferner eine Verarbeitungsschaltungsanordnung einschließen, die betreibbar ist, um selektiv eine Subtraktionsoperation basierend auf dem Bildpegelsignal und dem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.According to another embodiment, the image sensor may further include processing circuitry that is operable to selectively perform a subtraction operation based on the image level signal and the noise level signal.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Verarbeitungsschaltungsanordnung betreibbar sein, um die Subtraktionsoperation basierend darauf durchzuführen, ob das Störlichtrauschpegelsignal größer ist als ein Schwellenwertpegel, oder basierend darauf, ob das Bildpegelsignal kleiner ist als ein Schwellenwertpegel.In another embodiment, the processing circuitry may be operable to perform the subtraction operation based on whether the stray noise level signal is greater than a threshold level or based on whether the image level signal is less than a threshold level.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Verarbeitungsschaltungsanordnung betreibbar sein, um eine modifizierte Version des Störlichtrauschpegelsignals von dem Bildpegelsignal zu subtrahieren, um ein Signal mit reduziertem Rauschen zum Bilden eines Einzelbildes zu erzeugen.In another embodiment, the processing circuitry may be operable to subtract a modified version of the stray noise level signal from the image level signal to produce a reduced noise signal to form a frame.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ladungsspeicherstruktur eine Speicherdiode sein, die über einen ersten Transistor mit dem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist. Der Floating-Diffusion-Bereich kann über einen zweiten Transistor mit einem Spannungsversorgungsanschluss gekoppelt sein. Die Speicherdiode kann von dem Spannungsversorgungsanschluss entkoppelt sein.According to another embodiment, the charge storage structure can be a storage diode which is coupled to the floating diffusion region via a first transistor. The floating diffusion region can be coupled to a voltage supply connection via a second transistor. The memory diode can be decoupled from the voltage supply connection.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Speicherdiode betreibbar sein, um ein Signal mit niedriger Wandlungsverstärkung in einem Betriebsmodus mit niedriger Wandlungsverstärkung zu speichern.According to another embodiment, the memory diode can be operable to store a signal with low conversion gain in an operating mode with low conversion gain.

Gemäß einer anderen AusfUhrungsform kann das Bildpixel ferner eine zusätzliche Ladungsspeicherstruktur einschließen, die zwischen dem photosensitiven Element und dem Floating-Diffusion-Bereich eingefügt ist.According to another embodiment, the image pixel can further include an additional charge storage structure that is inserted between the photosensitive element and the floating diffusion region.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Floating-Diffusion-Bereich zwischen dem photosensitiven Element und der Speicherdiode eingefügt sein.According to another embodiment, the floating diffusion region can be inserted between the photosensitive element and the memory diode.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Array von Bildpixeln in Zeilen und Spalten angeordnet sein. Die Steuerschaltungsanordnung kann betreibbar sein, um die Auslese-Operationen für Bildpegelsignale und Störlichtrauschpegelsignale für eine gegebene Zeile vor dem Durchführen von Auslese-Operationen für Bildpegelsignale und Störlichtrauschpegelsignale für eine nachfolgende Zeile durchzuführen.According to another embodiment, the array of image pixels can be arranged in rows and columns. The control circuitry may be operable to perform the read out operations for image level signals and noise level signals for a given line prior to performing read out operations for image level signals and noise level signals for a subsequent line.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuerschaltungsanordnung betreibbar sein, um eine Bewegungsdetektion basierend auf einem Vergleich zwischen dem Bildpegelsignal und dem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.According to another embodiment, the control circuit arrangement can be operable to carry out motion detection based on a comparison between the image level signal and the background noise level signal.

Gemäß einer Ausführungsform kann ein Bildsensor in Zeilen und Spalten angeordnete Bildpixel einschließen. Jedes Bildpixel in den Bildpixeln kann ein photosensitives Element einschließen, das über einen ersten Pfad mit einer Ausleseschaltungsanordnung gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Bildsignal zu erzeugen. Jedes Bildpixel kann ferner eine Ladungsspeicherstruktur einschließen, die über einen zweiten Pfad mit der Ausleseschaltungsanordnung gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Störlichtsignal zu erzeugen. Der erste Pfad kann von dem zweiten Pfad getrennt sein. Der Bildsensor kann ferner eine Steuerschaltungsanordnung einschließen, die betreibbar ist, um ein erstes globales Steuersignal zu aktivieren, damit die Bildpixel mit dem Erzeugen des Bildsignals beginnen, die Bildpixel zu steuern, damit sie mit dem Erzeugen des Störlichtsignals beginnen, und Auslese-Operationen Zeile für Zeile an Sätzen der Bildsignale und der Störlichtsignale durchzuführen, wobei jeder Satz den Bildsignalen und den Störlichtsignalen für eine Zeile in den Zeilen entspricht.According to one embodiment, an image sensor can include image pixels arranged in rows and columns. Each image pixel in the image pixels may include a photosensitive element coupled to readout circuitry via a first path and operable to generate an image signal. Each image pixel may further include a charge storage structure coupled to the readout circuitry via a second path and operable to generate a stray light signal. The first path can be separated from the second path. The image sensor may further include control circuitry operable to activate a first global control signal to cause the image pixels to begin generating the image signal, to control the image pixels to begin generating the stray light signal, and to read out operations line by line Perform line on sets of image signals and stray light signals, each set corresponding to the image signals and stray light signals for one line in the lines.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann jedes Bildpixel ferner einen Transistor einschließen, der den photosensitiven Bereich mit einem Ladungsspeicherbereich koppelt. Die Steuerschaltungsanordnung kann betreibbar sein, um ein zweites globales Steuersignal zu aktivieren, das den Transistor steuert, um das Bildsignal zu dem Ladungsspeicherbereich zu übertragen.According to another embodiment, each image pixel may further include a transistor that couples the photosensitive area to a charge storage area. The control circuitry may be operable to activate a second global control signal that controls the transistor to transfer the image signal to the charge storage region.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuerschaltungsanordnung betreibbar sein, um das Störlichtsignal Zeile für Zeile zu dem Ladungsspeicherbereich zu übertragen.According to another embodiment, the control circuit arrangement can be operable to transmit the stray light signal line by line to the charge storage area.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuerschaltungsanordnung betreibbar sein, um einen Satz von Steuersignalen Zeile für Zeile zu aktivieren, um die Bildpixel zu steuern, damit sie mit dem Erzeugen des Störlichtsignals beginnen.According to another embodiment, the control circuitry may be operable to activate a set of control signals line by line to control the image pixels to begin generating the stray light signal.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuerschaltungsanordnung betreibbar sein, um ein drittes globales Steuersignal zu aktivieren, um die Bildsignale zu steuern, damit sie mit dem Erzeugen des Störlichtsignals beginnen.In another embodiment, the control circuitry may be operable to activate a third global control signal to control the image signals to begin generating the stray light signal.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ausleseschaltungsanordnung einen ersten Satz von Transistoren einschließen, der mit dem photosensitiven Element gekoppelt ist und betreibbar ist, um das Bildsignal auszulesen, und sie kann ferner einen zweiten Satz von Transistoren einschließen, der mit der Ladungsspeicherstruktur gekoppelt ist und betreibbar ist, um das Störlichtsignal auszulesen. Der erste Satz von Transistoren kann sich von dem zweiten Satz von Transistoren unterscheiden.In another embodiment, the readout circuitry may include a first set of transistors coupled to the photosensitive element and operable to read the image signal, and may further include a second set of transistors coupled to the charge storage structure and operable to read out the stray light signal. The first set of transistors may differ from the second set of transistors.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der zweite Satz von Transistoren mit entsprechenden Ladungsspeicherbereichen in zwei oder mehr Bildpixeln gekoppelt und von diesen gemeinsam genutzt werden.According to another embodiment, the second set of transistors can be coupled to corresponding charge storage areas in two or more image pixels and can be shared by them.

Gemäß einer Ausführungsform kann ein Bildsensor ein Array von Bildpixeln einschließen. Ein Bildpixel in dem Array kann ein photosensitives Element, das mit einem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Bildpegelsignal zu erzeugen, eine Ladungsspeicherstruktur, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Störlichtrauschpegelsignal zu erzeugen, und eine zusätzliche Ladungsspeicherstruktur, die zwischen dem photosensitiven Element und dem Floating-Diffusion-Bereich eingefügt ist, einschließen. Der Bildsensor kann ferner eine Steuerschaltungsanordnung einschließen, die betreibbar ist, um Steuersignale über das Array zu aktivieren, damit mit dem Erzeugen des Bildpegelsignals begonnen wird und mit dem Erzeugen des Störlichtrauschpegelsignals begonnen wird, und Auslese-Operationen auf dem Bildpegelsignal und dem Störlichtrauschpegelsignal Zeile für Zeile über das Array hinweg durchzuführen.In one embodiment, an image sensor may include an array of image pixels. An image pixel in the array may include a photosensitive element coupled to a floating diffusion region and operable to generate an image level signal, a charge storage structure coupled to the floating diffusion region and operable to provide a noise level signal and include an additional charge storage structure interposed between the photosensitive element and the floating diffusion region. The image sensor may further include control circuitry operable to activate control signals across the array to begin generating the image level signal and begin generating the stray noise level signal, and read out operations on the image level signal and the stray noise level signal line by line across the array.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Bildpixel ferner einen ersten Transistor, der das photosensitive Element mit dem zusätzlichen Ladungsspeicherbereich koppelt, einen zweiten Transistor, der den Ladungsspeicherbereich mit dem zusätzlichen Ladungsspeicherbereich koppelt, und einen dritten Transistor, der den zusätzlichen Ladungsspeicherbereich mit dem Floating-Diffusion-Bereich koppelt, einschließen.According to another embodiment, the image pixel may further comprise a first transistor, which couples the photosensitive element to the additional charge storage area, a second transistor, which couples the charge storage area to the additional charge storage area, and a third transistor, which couples the additional charge storage area to the floating diffusion Include area.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Bildsensor ferner eine Verarbeitungsschaltungsanordnung einschließen, die betreibbar ist, um eine lineare Kombinationsoperation basierend auf dem Bildpegelsignal und jenem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.According to another embodiment, the image sensor may further include processing circuitry that is operable to perform a linear combination operation based on the image level signal and that stray noise level signal.

Das Vorhergehende dient lediglich der Veranschaulichung der Grundsätze dieser Erfindung, und durch den Fachmann können vielfältige Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang und Geist der Erfindung abzuweichen.The foregoing is merely illustrative of the principles of this invention, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention.

Claims (11)

Bildsensor, umfassend: ein Array von Bildpixeln, wobei ein Bildpixel in dem Array ein photosensitives Element, das mit einem Floating-Diffusion-Bereich über einen ersten Pfad gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Bildpegelsignal unter Verwendung von Global-Shutter-Operationen zu erzeugen, und eine Ladungsspeicherstruktur einschließt, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich über einen zweiten Pfad gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Störlichtrauschpegelsignal unter Verwendung von Global-Shutter-Operationen zu erzeugen, wobei der erste Pfad von dem zweiten Pfad getrennt ist; und eine Steuerschaltungsanordnung, die betreibbar ist, um eine Auslese-Operation auf dem Bildpegelsignal und eine Auslese-Operation auf dem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.Image sensor, comprising: an array of image pixels, an image pixel in the array comprising a photosensitive element coupled to a floating diffusion region via a first path and operable to generate an image level signal using global shutter operations, and a charge storage structure includes that is coupled to the floating diffusion region via a second path and is operable to generate a stray noise level signal using global shutter operations, the first path being separate from the second path; and control circuitry operable to perform a readout operation on the image level signal and a readout operation on the noise level signal. Bildsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Verarbeitungsschaltungsanordnung, die betreibbar ist, um selektiv eine Subtraktionsoperation basierend auf dem Bildpegelsignal und dem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.Image sensor after Claim 1 , further comprising: processing circuitry operable to selectively perform a subtraction operation based on the image level signal and the noise level signal. Bildsensor nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung betreibbar ist, um die Subtraktionsoperation basierend darauf durchzuführen, ob das Störlichtrauschpegelsignal größer ist als ein Schwellenwertpegel, oder basierend darauf, ob das Bildpegelsignal kleiner ist als ein Schwellenwertpegel.Image sensor after Claim 2 wherein the processing circuitry is operable to perform the subtraction operation based on whether the stray noise level signal is greater than a threshold level or based on whether the image level signal is less than a threshold level. Bildsensor nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung betreibbar ist, um eine modifizierte Version des Störlichtrauschpegelsignals von dem Bildpegelsignal zu subtrahieren, um ein Signal mit reduziertem Rauschen zum Bilden eines Einzelbildes zu erzeugen.Image sensor after Claim 2 wherein the processing circuitry is operable to subtract a modified version of the stray noise level signal from the image level signal to produce a reduced noise signal to form a frame. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Ladungsspeicherstruktur eine Speicherdiode umfasst, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich über einen ersten Transistor gekoppelt ist, der Floating-Diffusion-Bereich über einen zweiten Transistor mit einem Spannungsversorgungsanschluss gekoppelt ist und die Speicherdiode von dem Spannungsversorgungsanschluss entkoppelt ist.Image sensor after Claim 1 , wherein the charge storage structure comprises a storage diode which is coupled to the floating diffusion region via a first transistor, the floating diffusion region is coupled to a voltage supply connection via a second transistor and the storage diode is decoupled from the voltage supply connection. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltungsanordnung betreibbar ist, um eine Bewegungsdetektion basierend auf einem Vergleich zwischen dem Bildpegelsignal und dem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.Image sensor after Claim 1 wherein the control circuitry is operable to perform motion detection based on a comparison between the image level signal and the spurious noise level signal. Bildsensor, umfassend: in Zeilen und Spalten angeordnete Bildpixel, wobei jedes Bildpixel unter den Bildpixeln ein photosensitives Element, das mit einer Ausleseschaltungsanordnung über einen ersten Pfad gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Bildsignal zu erzeugen, und eine Ladungsspeicherstruktur einschließt, die mit der Ausleseschaltungsanordnung über einen zweiten Pfad gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Störlichtsignal zu erzeugen, wobei der erste Pfad von dem zweiten Pfad getrennt ist; und eine Steuerschaltungsanordnung, die betreibbar ist, um ein erstes globales Steuersignal zu aktivieren, damit die Bildpixel mit einem Erzeugen des Bildsignals beginnen, die Bildpixel zu steuern, damit sie mit einem Erzeugen des Störlichtsignals beginnen, und Auslese-Operationen Zeile für Zeile an Sätzen der Bildsignale und der Störlichtsignale durchzuführen, wobei jeder Satz den Bildsignalen und den Störlichtsignalen für eine Zeile in den Zeilen entspricht.Image sensor, comprising: image pixels arranged in rows and columns, each image pixel among the image pixels including a photosensitive element coupled to a readout circuitry via a first path and operable to generate an image signal and a charge storage structure associated with the readout circuitry via a second path is coupled and operable to generate a stray light signal, the first path being separate from the second path; and control circuitry operable to activate a first global control signal for the image pixels to begin generating the image signal, to control the image pixels to begin generating the stray light signal, and read out operations line by line on sets of the Perform image signals and the stray light signals, each set corresponding to the image signals and stray light signals for one line in the lines. Bildsensor nach Anspruch 7, wobei jedes Bildpixel einen Transistor umfasst, der den photosensitiven Bereich mit einem Ladungsspeicherbereich koppelt, die Steuerschaltungsanordnung betreibbar ist, um ein zweites globales Steuersignal zum Steuern des Transistors zu aktivieren, um das Bildsignal zu dem Ladungsspeicherbereich zu übertragen, und die Steuerschaltungsanordnung betreibbar ist, um das Störlichtsignal Zeile für Zeile zu dem Ladungsspeicherbereich zu übertragen.Image sensor after Claim 7 , wherein each image pixel comprises a transistor coupling the photosensitive region to a charge storage region, the control circuitry is operable to activate a second global control signal to control the transistor to transmit the image signal to the charge storage region and the control circuitry is operable to to transmit the stray light signal line by line to the charge storage area. Bildsensor nach Anspruch 7, wobei die Ausleseschaltungsanordnung einen ersten Satz von Transistoren, der mit dem photosensitiven Element gekoppelt ist und betreibbar ist, das Bildsignal auszulesen, und einen zweiten Satz von Transistoren umfasst, der mit der Ladungsspeicherstruktur gekoppelt ist betreibbar ist, um das Störlichtsignal auszulesen, und der erste Satz von Transistoren sich von dem zweiten Satz von Transistoren unterscheidet.Image sensor after Claim 7 wherein the readout circuitry includes a first set of transistors coupled to the photosensitive element and operable to read out the image signal, and a second set of transistors coupled to the charge storage structure operable to read out the stray light signal, and the first Set of transistors is different from the second set of transistors. Bildsensor, umfassend: ein Array von Bildpixeln, wobei ein Bildpixel in dem Array ein photosensitives Element, das mit einem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Bildpegelsignal zu erzeugen, eine Ladungsspeicherstruktur, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich gekoppelt ist und betreibbar ist, um ein Störlichtrauschpegelsignal zu erzeugen, und eine zusätzliche Ladungsspicherstruktur, die zwischen dem photosensitiven Element und dem Floating-Diffusion-Bereich eingefügt ist, einschließt; und eine Steuerschaltungsanordnung, die betreibbar ist, um Steuersignale über das Array zu aktivieren, damit mit dem Erzeugen des Bildpegelsignals begonnen wird und mit dem Erzeugen des Störlichtrauschpegelsignals begonnen wird, und Auslese-Operationen auf dem Bildpegelsignal und dem Störlichtrauschpegelsignal Zeile für Zeile über das Array hinweg durchzuführen.Image sensor, comprising: an array of image pixels, an image pixel in the array being a photosensitive element which is coupled to a floating diffusion region and is operable, to generate an image level signal, a charge storage structure coupled to the floating diffusion region and operable to generate a stray noise level signal, and an additional charge storage structure interposed between the photosensitive element and the floating diffusion region ; and control circuitry operable to activate control signals across the array to begin generating the image level signal and begin generating the stray noise level signal, and Read operations on the image level signal and the noise level signal line by line across the array. Bildsensor nach Anspruch 10, wobei das Bildpixel einen ersten Transistor, der das photosensitive Element mit dem zusätzlichen Ladungsspeicherbereich koppelt, einen zweiten Transistor, der den Ladungsspeicherbereich mit dem zusätzlichen Ladungsspeicherbereich koppelt, und einen dritten Transistor, der den zusätzlichen Ladungsspeicherbereich mit dem Floating-Diffusion-Bereich koppelt, einschließt, wobei der Bildsensor ferner umfasst: eine Verarbeitungsschaltungsanordnung, die betreibbar ist, um eine lineare Kombinationsoperation basierend auf dem Bildpegelsignal und jenem Störlichtrauschpegelsignal durchzuführen.Image sensor after Claim 10 The image pixel includes a first transistor that couples the photosensitive element to the additional charge storage area, a second transistor that couples the charge storage area to the additional charge storage area, and a third transistor that couples the additional charge storage area to the floating diffusion area wherein the image sensor further comprises: processing circuitry operable to perform a linear combination operation based on the image level signal and that stray noise level signal.
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