DE112015005724T5

DE112015005724T5 - RGBZ-Pixelzelleneinheit für einen RGBZ-Bildsensor

Info

Publication number: DE112015005724T5
Application number: DE112015005724.2T
Authority: DE
Inventors: Boyd Fowler; Chung Chun Wan
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20160181295A1; CN106471798B; EP3238206B1; EP3238206A1; US9425233B2; GB201620902D0; WO2016105776A1; GB2548445A; EP3238206A4; CN106471798A; GB2548445B

Abstract

Es wird ein Bildsensor beschrieben. Der Bildsensor umfasst eine Pixelmatrix mit einer Einheitszelle, die Fotodioden für sichtbares Licht und eine Infrarotfotodiode umfasst. Die Fotodioden für sichtbares Licht und die Infrarotfotodiode sind mit einer bestimmten Spalte der Pixelmatrix gekoppelt. Die Einheitszelle weist einen ersten Kondensator auf, der mit den Fotodioden für sichtbares Licht gekoppelt ist, um Ladung von jeder von den Fotodioden für sichtbares Licht zu speichern. Die Einheitszelle weist eine Ausleseschaltung auf, um die Spannung des ersten Kondensators an der bestimmten Spalte bereitzustellen. Die Einheitszelle weist einen zweiten Kondensator auf, der mit der Infrarotfotodiode durch einen Transfergate-Transistor gekoppelt ist, um während einer Laufzeit-Belichtung Ladung von der Infrarotfotodiode zu empfangen. Die Einheitszelle weist einen mit der Infrarotfotodiode gekoppelten Rückabflusstransistor auf.

Description

Gebiet der Erfindung
Das Gebiet der Erfindung betrifft generell Abbildungstechnologie und insbesondere eine RGBZ-Pixeleinheitszelle für einen RGBZ-Bildsensor.
Allgemeiner Stand der Technik
1 zeigt die Grundelemente eines Bildsensors 100. Wie ersichtlich in 1 umfasst der Bildsensor eine Pixelmatrix 101 mit einzelnen Pixelzellen 102. Mit der Pixelmatrix 101 ist ein Zeilendecoder 103 mit Ausgängen gekoppelt, die mit Reihen von Pixelzellen 102 koppeln. Es sind ebenfalls Erfassungsverstärker 104 mit den Spaltenausgängen der Pixelmatrix 101 gekoppelt. Der Bildsensor 100 umfasst ebenfalls Analog-Digital-Schaltungen 105, die hinter den Erfassungsverstärkern 104 gekoppelt sind. Der Bildsensor 100 umfasst ebenfalls die Timing- und Steuerschaltungen 106, die für das Erzeugen von Takt- und Steuersignalen verantwortlich sind, die den Betrieb des Bildsensors 100 diktieren.
Kurzdarstellung
Es wird ein Bildsensor beschrieben. Der Bildsensor umfasst eine Pixelmatrix mit einer Einheitszelle, die Fotodioden für sichtbares Licht und eine Infrarotfotodiode umfasst. Die Fotodioden für sichtbares Licht und die Infrarotfotodiode sind mit einer bestimmten Spalte der Pixelmatrix gekoppelt. Die Einheitszelle weist einen ersten Kondensator auf, der mit den Fotodioden für sichtbares Licht gekoppelt ist, um Ladung von jeder von den Fotodioden für sichtbares Licht zu speichern. Die Einheitszelle weist eine Ausleseschaltung auf, um die Spannung des ersten Kondensators an der bestimmten Spalte bereitzustellen. Die Einheitszelle weist einen zweiten Kondensator auf, der mit der Infrarotfotodiode durch einen Transfergate-Transistor gekoppelt ist, um während einer Laufzeit-Belichtung Ladung von der Infrarotfotodiode zu empfangen. Die Einheitszelle weist einen mit der Infrarotfotodiode gekoppelten Rückabflusstransistor auf.
Es wird eine Vorrichtung beschrieben, die erste Mittel aufweist, um eine erste Ladung von einer ersten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer ersten Art empfangen hat, in einen Speicherkondensator zu übertragen und eine erste Spannung des Speicherkondensators an einer Pixelmatrixspalte auszulesen. Die Vorrichtung weist auch zweite Mittel auf zum Übertragen einer zweiten Ladung von einer zweiten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer zweiten Art empfangen hat, in den Speicherkondensator und zum Auslesen einer zweiten Spannung des Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte. Die Vorrichtung weist auch dritte Mittel auf zum Übertragen einer dritten Ladung von einer dritten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer dritten Art empfangen hat, in den Speicherkondensator und zum Auslesen einer dritten Spannung des Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte. Die Vorrichtung weist auch vierte Mittel auf zum Übertragen einer vierten Ladung von einer vierten Fotodiode, die Infrarotlicht während einer Laufzeitbelichtung empfangen hat, in einen zweiten Speicherkondensator und zum Auslesen einer vierten Spannung des zweiten Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte.
Figuren
Die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen werden verwendet, um Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen. In den Zeichnungen:
1 zeigt eine Darstellung eines Bildsensors (Stand der Technik);
2 zeigt eine Darstellung einer Pixelzelle für sichtbares Licht;
3 zeigt eine Darstellung einer Z-Pixelzelle;
4 zeigt eine Darstellung einer Pixelmatrix mit einem RGBZ-Pixel;
5 zeigt ein erstes Venn-Diagramm für ein erstes RGBZ-Pixeleinheitszellendesign;
6 zeigt eine Ausführungsform einer RGBZ-Pixeleinheitszelle, die dem Venn-Diagramm von 5 entspricht;
Die 7a und 7b zeigen Layout-Ausführungsformen für die RGBZ-Pixeleinheitszelle von 6;
8 zeigt ein zweites Venn-Diagramm für ein zweites RGBZ-Pixeleinheitszellendesign;
9 zeigt eine erste Ausführungsform einer RGBZ-Pixeleinheitszelle, die dem Venn-Diagramm von 8 entspricht;
Die 10a und 10b zeigen Layout-Ausführungsformen für die RGBZ-Pixeleinheitszelle von 9;
11 zeigt eine zweite Ausführungsform einer RGBZ-Pixeleinheitszelle, die dem Venn-Diagramm von 8 entspricht;
Die 12a und 12b zeigen Layout-Ausführungsformen für die RGBZ-Pixeleinheitszelle von 11;
13 zeigt eine dritte Ausführungsform einer RGBZ-Pixeleinheitszelle, die dem Venn-Diagramm von 8 entspricht;
Die 14a und 14b zeigen Layout-Ausführungsformen für die RGBZ-Pixeleinheitszelle von 13;
15 zeigt ein durch eine RGBZ-Pixeleinheitszelle ausgeführtes Verfahren;
Die 16a bis 16g zeigen ein Verfahren zum Herstellen einer RGBZ-Pixelzelle;
17 zeigt eine Ausführungsform eines Kamerasystems;
18 zeigt eine Ausführungsform eines Computersystems.
Ausführliche Beschreibung
2 zeigt ein Schaltungsdesign 202 für einen Pixel für sichtbares Licht. Wie ersichtlich in 2 wird anfänglich die negative Ladung eines Kondensators 201 durch Einschalten eines Rücksetztransistors Q1 gelöscht (der die Spannung des Kondensators auf eine Versorgungsspannung (V_pixel) bringt). Wenn die negative Ladung des Kondensators gelöscht und ein Transfergatetransistor Q2 ausgeschaltet ist, beginnt eine Belichtungszeit, in der eine lichtempfindliche Fotodiode 203 negative Ladung (Elektronen) als eine Funktion der Intensität des Lichts, das sie über die Belichtungszeit und die Länge der Belichtungszeit empfängt, erzeugt und sammelt.
Nach der Belichtungszeit wird der Transfergatetransistor Q2 eingeschaltet, der die negative Ladung, die in der Fotodiode 203 gesammelt wurde, zum Kondensator 201 überträgt. Die Übertragung der negativen Ladung in den Kondensator 201 beeinflusst die Spannung des Kondensators (je mehr negative Ladung der Kondensator 201 aufnimmt, desto niedriger ist seine Spannung). Nachdem die negative Ladung der Fotodiode zum Kondensator 201 übertragen wurde, wird ein Reihenauswahlsteuersignal aktiviert, das einen Reihenauswahltransistor Q3 einschaltet, der einem Erfassungsverstärker, der hinter dem Spaltenausgang der Pixelzelle gekoppelt ist, erlaubt die Kondensatorspannung zu erfassen. Das Lesen der Spannung des Kondensators wird dann digitalisiert und als ein Hinweis auf die Intensität des Lichts verwendet, das durch die Fotodiode 203 empfangen wird. Der gesamte Prozess wiederholt sich dann.
Gewöhnlich schaltet das Reihenauswahlsignal den Reihenauswahltransistor Q3 von jeder Pixelzelle entlang einer gleichen Reihe in der Pixelmatrix ein. Das Reihenauswahlsignal „scrollt“ durch die Reihen der Matrix, um das gesamte Matrixbild zu empfangen. Im Fall von einem „Global-Shutter“-Modus erfolgen die Belichtungszeiten über alle Pixelzellen in der Matrix gleichzeitig (und das Bild sollte keine mit Bewegung verbundenen Artefakte aufweisen). Im Fall von einem „Rolling-Shutter“-Modus werden die Belichtungszeiten der Pixelzellen z. B. auf einer Zeile-für-Zeile-Basis abgestuft (was die Existenz von Bewegungsartefakten erlauben kann).
Die Existenz des Speicherkondensators 201 erlaubt, dass das Timing der Belichtung vom Timing der Reihenauswahlaktivierung und dem Auslesen des Speicherkondensators 201 entkoppelt ist. Anders ausgedrückt kann nach einer Belichtung und der Ladungsübertragung in den Speicherkondensator 201 die Spannung des Speicherkondensators für eine Zeitdauer verbleiben, bevor sie ausgelesen wird. Infolgedessen ist eine Bildsensorarchitektur, die mehrfache Belichtungszeiten pro Speicherkondensatorauslesen unterstützt, möglich. D. h., es kann nur als ein Beispiel ein Bildsensor ausgelegt werden, der drei Belichtungen mit drei entsprechenden Ladungsübertragungen in den Speicherkondensator 201 für jedes Auslesen des Speicherkondensators 201 gemäß seiner Reihenauswahlaktivierung aufweist.
3 zeigt ein Schaltungsdesign für ein „Z“-Pixel 302 für Bildsensoren, die Tiefeninformationen unter Verwendung von „Laufzeit“-Techniken erfassen. Im Fall von Laufzeitbilderfassung emittiert typischerweise eine Lichtquelle Infrarot-(IR)-Licht von einem Kamerasystem auf ein Objekt und misst für jedes von mehreren Pixelzellen einer Pixelmatrix die Zeit zwischen der Emission des Lichts und dem Empfang seines Spiegelbildes bei der Pixelmatrix. Das von den Laufzeitpixeln erzeugte Bild entspricht einem dreidimensionalen Profil des Objekts, wie gekennzeichnet, durch eine einzigartige Tiefenmessung (z) an jeder von den unterschiedlichen (x, y) Pixelpositionen.
Wie ersichtlich in 3 umfasst das Z-Pixeldesign 302 einen Speicherkondensator 301, Rücksetztransistor Q1, Transfergatetransistor Q2, eine Fotodiode 303 und einen Reihenauswahltransistor Q3, die in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben in Bezug auf die Pixelzelle für sichtbares Licht 202 arbeiten. Der Transfergatetransistor Q2 wird während der Belichtungszeit mit einem Taktsignal im Laufe der Belichtung ein- und ausgeschaltet. Das Steuern des Transfergatetransistors Q2 mit einem Taktsignal während der Belichtungszeit des Z-Pixels 301 ist ein Artefakt der Laufzeitmessung. Bei einer üblichen Herangehensweise ist das gleiche Z-Pixel 302 mit vier unterschiedlichen Takten (jeder in der Phase um 90° getrennt) über vier unterschiedliche Rücksetz-, Belichtungszeit- und Auslesesequenzen ausgestattet. Die vier unterschiedlichen Auslesungen der Ladungssammlung werden dann kombiniert, um den Laufzeittiefenwert für das Pixel zu berechnen.
Während der Belichtungszeit selbst schaltet wie vorstehend erwähnt der Transfergatetransistor Q2 unter der Steuerung eines Taktsignals ein und aus. Als solches wird Ladung von der Fotodiode 303 zum Speicherkondensator 301 mehrere Male während der Belichtungssequenz übertragen. Wenn während der Halbtaktzyklen der Transfergatetransistor Q2 aus ist, ist ein „Rückabfluss“-Transistor Q4 ein, um zu bewirken, dass Ladung von der Fotodiode 304 in den Versorgungsknoten V_Pixel-fließt. Der Takt, der den Rückabflusstransistor Q4 steuert, ist 180° phasenverschoben zu dem Takt, der den Transfergatetransistor Q2 steuert, sodass während der Eine ein ist, der Andere aus ist.
Als solches wechselt Ladungsfluss aus der Fotodiode die Richtung vor und zurück zwischen dem Fließen durch den Transfergatetransistor Q2 und dem Fließen durch den Rückabflusstransistor Q4 im Laufe der Belichtungszeit. Es ist jedoch zu beachten, dass das Ein- und Ausschalten des Transfergatetransistors Q2 während der Belichtungszeit der Z-Pixelzelle funktionell den bestimmten sichtbare Pixelzelle-Ausführungsformen ähnlich ist, die zuvor erwähnt wurden, bei denen es mehrfache Belichtungen und entsprechende Ladungstransfers in den Speicherkondensator 201 pro Reihenauswahlauslesung gibt.
4 zeigt eine Ausführungsform einer Pixelmatrix 401 mit einer Pixeleinheitszelle 402, welche die Pixel für sichtbares Licht R, G und B und ein Z-Pixel umfasst. Obwohl die bestimmte Ausführungsform rote (R), blaue (B) und grüne (G) Pixel als die Pixel für sichtbares Licht zeigt, können andere Ausführungsformen unterschiedlich gefärbte Pixelschemen (z. B. Cyan, Purpur und Gelb) verwenden. Der Einfachheit halber verweist der Rest der vorliegenden Anmeldung größtenteils auf ein RGB-Pixelschema für sichtbares Licht.
Eine Herausforderung im Layoutdesign der Einheitszelle 402 besteht daraus, den Flächenbereich der Fotodioden zu erweitern (um die optische Empfindlichkeit zu verbessern), während genug Halbleiterflächenbereichsraum bewahrt wird, um die Transistoren anzuordnen, die mit der Pixeleinheitszellenschaltungsentwicklung nahe oder innerhalb der Einheitszelle verbunden sind (z. B., wo eine solche Nähe geeignet oder erforderlich ist). D. h., je mehr Raum solche Transistoren verbrauchen, desto weniger Raum wird es geben, um Licht zu sammeln und umgekehrt, je mehr Raum es gibt, um Licht zu sammeln, desto weniger Raum gibt es, um die Transistoren anzuordnen.
Ein zusätzliches Problem besteht daraus, dass der für ein Design für Pixel für sichtbares Licht verwendete Speicherkondensator kleiner sein sollte, um Rauschen während der Auslesung zu reduzieren, während das für ein Z-Pixel verwendete Speicherkondensatordesign größer sein sollte, um eine größere Infrarotdetektionspixelkapazität zu fördern.
Eine Lösung besteht darin, die Pixel für sichtbares Licht den gleichen Speicherkondensator teilen zu lassen und einen zweiten Speicherkondensator für das Z-Pixel einzuführen. Wenn die Pixel für sichtbares Licht den gleichen Speicherkondensator teilen, bleibt der Raum, der durch die eliminierten Speicherkondensatoren sonst verbraucht würde, erhalten. Das Pixel mit geteiltem Speicher kann auch entsprechend dem Wunsch, Auslesesignalrauschen für Pixel für sichtbares Licht zu reduzieren, klein ausgeführt werden. Zusätzlich kann der zweite Speicherkondensator für das Z-Pixel konsistent mit dem Wunsch, eine größere Infrarotdetektionspixelkapazität zu haben, größer ausgeführt werden als der Speicherkondensator für sichtbares Licht.
5 zeigt ein Venn-Diagramm 500 für ein RGBZ-Pixeleinheitszellendesign, das dieser Herangehensweise entspricht. Wie ersichtlich in 5 verwendet jedes der R-, G- und B-Pixel den gleichen Speicherkondensator C1. Im Vergleich dazu weist das Z-Pixel seinen eigenen Speicherkondensator C2 auf, der eine größere Kapazität aufweist als der Kondensator C1.
6 zeigt eine Ausführungsform eines Designs für eine RGBZ-Pixeleinheitszelle 600, die dem Venn-Diagramm 500 von 5 entspricht. Wie ersichtlich in 6 ist der entsprechende Transfergatetransistor Q2_R, Q2_G, Q2_B für jede der R-, G- und B-Fotodioden mit dem gleichen Speicherkondensator C1 gekoppelt. Abgesehen von der zusammengeführten RGB-Pixelschaltung 601 existiert eine separate unterschiedliche Z-Pixelschaltung 602. Die zusammengeführte RGB-Pixelschaltung 601 und die Z-Pixelschaltung 602 weisen ihre eigenen entsprechenden Ausleseschaltungen auf, die mit der gleichen Matrixspalte 603 gekoppelt sind. Als solches kann beispielsweise ein gleicher Erfassungsverstärker die Auslesespannung von beiden Pixelschaltungen 601, 602 erfassen.
Die Auslesungen der entsprechenden Spannungen der Kondensatoren C1 und C2 werden zu verschiedenen Zeiten ausgeführt (d. h., sie können nicht gleichzeitig ausgelesen werden). Zusätzlich werden Auslesungen für die Fotodioden für sichtbares Licht aufgrund des Teilens des Kondensators C1 zu verschiedenen Zeiten für die verschiedenen Farben ausgeführt. Auslesungen für sichtbares Licht können sequenziell ausgeführt werden, wie z. B. zuerst eine rote Auslesung, dann eine grüne Auslesung, dann eine blaue Auslesung, und dann wiederholt sich der Prozess. Die Ladung, die durch die R-, G- und B-Fotodioden gesammelt wird, kann gleichzeitig (oder seriell) angesammelt werden.
Eine Ladungsübertragung von irgendeiner Fotodiode für sichtbares Licht zu Kondensator C1 erfolgt isoliert (d. h., wenn irgendeiner der RGB-Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B zum Zweck des Messens von einfallendem Licht ein ist, dann sind die anderen zwei Transfergatetransistoren aus). Daher werden Ladungstransfers in C1, wie Auslesungen von C1, sequenziell anstatt parallel ausgeführt. In einer Fotodiode für sichtbares Licht gesammelte Ladung kann durch Aktivieren von sowohl ihres Transfergatetransistors als auch ihres Rücksetztransistors Q1_RGB „gelöscht“ werden. In diesem Fall können mehre Fotodioden für sichtbares Licht gleichzeitig durch Aktivieren von jedem von den Transistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B und dem Rücksetztransistor Q1_RGB gelöscht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das folgende Timing-Schema für die RGB-Pixelschaltung implementiert. Zuerst wird Ladung von Kondensator C1 gelöscht, indem der Rücksetztransistor aktiviert wird, während der Reihenauswahltransistor aus ist. Ladung innerhalb von einer oder mehreren Fotodioden für sichtbares Licht kann gleichzeitig mit C1 durch Aktivieren des entsprechenden Transfergatetransistors von jeder zu löschenden Fotodiode gelöscht werden. Während der Belichtungszeit einer bestimmten Fotodiode für sichtbares Licht ist deren Transfergatetransistor aus. Dann wird Ladung von der Fotodiode in C1 hinein durch Aktivieren ihres Transfergatetransistors übertragen, während die anderen Transfergatetransistoren und die Rücksetz- und Reihenauswahltransistoren aus sind. Die Spannung von C1 von der ersten Fotodiode wird anschließend durch Aktivieren des Reihenauswahltransistors Q3_RGB erfasst, wobei der Rücksetztransistor Q1_RGB aus ist (alle drei Transfergatetransistoren können auch aus sein). Die Ladung bei C1 wird dann über Zurücksetzen gelöscht und der Prozess wiederholt sich zwei weitere Male für jede von den anderen Fotodioden. Der gesamte Prozess wiederholt sich dann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das folgende Zeitschema für die Z-Pixelschaltung 602 implementiert. Die Spannung an Kondensator C2 wird durch Aktivieren des Rücksetztransistors Q1_Z gelöscht, wobei der Reihenauswahltransistor Q3_Z aus ist. Einer der Transfergate- oder Rückabflusstransistoren Q2_Z, Q4_Z kann auch ein sein, um irgendeine Ladung in der Z-Fotodiode zu löschen. Es beginnt dann eine Belichtungszeit, in der ein erstes Taktsignal an das Gate des Transfergatetransistors Q2_Z und ein zweiter Takt, der 180° zum ersten Taktsignal phasenverschoben ist, an das Gate des Rückabflusstransistors Q4_Z angelegt wird. Für diese Abschnitte (z. B. 50 %) des ersten Taktzyklus, die einem Logikpegel entsprechen, der den Transfergatetransistor Q2_Z aktiviert, wird Ladung von der Z-Fotodiode in C2 übertragen. Für die verbleibenden Abschnitte, in denen das zweite Taktsignal einem Logikpegel entspricht, der den Rückabflusstransistor Q4_Z aktiviert, wird Ladung von der Z-Fotodiode in den Spannungsversorgungsanschluss Vpix übertragen.
Nach der Belichtungszeit werden beide Taktsignale unterdrückt, um sowohl den Transfergatetransistor Q2_Z als auch den Rückabflusstransistor Q4_Z auszuschalten, und der Rücksetztransistor Q1_Z verbleibt aus. Anschließend wird der Reihenauswahltransistor-Q3_Z eingeschaltet, sodass die Spannung an Kondensator C2 erfasst werden kann. Der Prozess wiederholt sich dann noch drei weiter Male, sodass vier unterschiedliche Instanzen des ersten Taktsignals (und des entsprechenden zweiten Taktsignals) mit den Phasen von 0°, 90°, 180° und 270° auf die Z-Pixelschaltung angewandt wurden. Die Auslesungen von Kondensator C2 für die vier unterschiedlichen Phasen werden nachgeschaltet verarbeitet, um einen Tiefenwert für das Z-Pixel zu bestimmen. Der gesamte Prozess für einen nächsten Satz von Taktsignalen von 0°, 90°, 180° und 270° wird dann für einen nächsten Z-Pixel-Tiefenwert wiederholt.
Im Betrieb können die RGB-Pixelzellenschaltung 601 und die Z-Pixelzellenschaltung 602 in Reihe oder parallel arbeiten, solange ihre entsprechenden Auslesungen zu verschiedenen Zeiten ausgeführt werden. Desgleichen können R-, G- und B-Pixelwerte bei der gleichen Rate wie Z-Pixelwerte oder bei unterschiedlichen Raten erzeugt werden. Bei einer Ausführungsform mit höherer Leistung werden R-, G- und B-Pixelwerte jedoch häufiger erzeugt als Z-Pixelwerte infolge der längeren Z-Pixelbelichtungszeiten (mehrere R-, G- und B-Pixelauslesungen werden während der Z-Belichtungszeit ausgeführt). Wenn die R-, G- und B-Pixel Auslesungen bei einer gleichen oder langsameren Rate haben müssen wie das Z-Pixel, können die entsprechenden Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B für die R-, G- und B-Pixel auch als Rückabflusstransistoren verwendet werden, um Ladung von den R-, G- und B-Fotodioden abfließen zu lassen, die sich z. B. während der lang andauernden Z-Belichtung ansammeln kann. Hier werden sowohl die RGB-Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B als auch der RGB-Rücksetztransistor Q1_RGB aktiviert, um die Spannung an Kondensator C1 auf einen Versorgungsspannungspegel Vpix zu zwingen und zu erlauben, dass Ladung aus einer Fotodiode in Kondensator C1 abfließt.
Die 7a und 7b zeigen zwei unterschiedliche Layoutausführungsformen für die R-, G-, B- und Z-Fotodioden sowie die Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G_Q2_B, Q2_Z, den Rückabflusstransistor Q4 und die Kondensatoren C1 und C2. Da die Transfergate- und Rückabflusstransistoren direkt mit einer Fotodiode gekoppelt sind, sind sie hier typischerweise innerhalb des gleichen Halbleiterflächenbereichs wie die Fotodioden integriert. Die anderen Transistoren der RGB-Pixelschaltung und der Z-Pixelschaltung können sich z. B. am Umfang der Pixelmatrix oder am Umfang einer Makrozelle (z. B. eine Gruppe von RGBZ-Einheitszellen) innerhalb der Fläche der Pixelmatrix befinden. Ein oder mehrere von den anderen Transistoren können auch auf Kosten von Fotodiodenfläche innerhalb der RGBZ-Einheitszelle integriert sein.
Wie ersichtlich in den 7a und 7b, befinden sich die Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B für die RGB-Pixelschaltung der Zelle an zugewandten Ecken der R-, G- und B-Fotodioden, wobei der Kondensator C1 in einer Region gebildet ist, die an, direkt außerhalb oder nahe den aktiven Regionen für jeden von den drei Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B existiert. Die Transfergate- und Rückabflusstransistoren Q2_Z, Q4 für die Z-Fotodiode sind an anderen Ecken der Z-Fotodiode gebildet als die Ecke, die C1 und den RGB-Transfergatetransistoren zugewandt ist. C2 ist in einer Region gebildet, die an, direkt außerhalb oder nahe der aktiven Region des Z-Transfergatetransistors existiert.
Wie ersichtlich in den 7a und 7b kann die Gateelektrode für die Transistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B, Q2_Z und Q4 nahe von oder an Rändern von deren entsprechenden Fotodioden angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform ist eine erste Source/Drain-Region für jeden dieser Transistoren räumlich mit dessen entsprechender Fotodiode integriert (z. B., indem deren Implantierung sich innerhalb der Fotodiode befindet). Bei einer gleichen oder unterschiedlichen Ausführungsform ist eine zweite Source/Drain-Region dieser Transistoren abhängig vom spezifischen Transistor räumlich mit C1, C2 oder Vpix integriert. Im Fall eines Transistors, der mit C1 oder C2 gekoppelt ist, befindet sich die Source/Drain-Region des Transistors innerhalb einer Implantierung, die verwendet wird, um C1 und C2 zu bilden und/oder sie empfängt einen Kontakt, der eine Elektrode für C1 oder C2 ist. Im Fall eines Transistors, der mit Vpix gekoppelt ist, empfängt die Source/Drain-Region des Transistors einen Kontakt, der an das Versorgungsspannungspotenzial Vpix gebunden ist.
Die 7a und 7b unterscheiden sich im Sinne von, welche zwei der drei „verfügbaren“ (d. h., nicht den RGB-Transfergatetransistoren und C1 zugewandten) Ecken des Z-Pixels durch den Z-Pixel-Transfergatetransistor Q2_Z und den Rückabflusstransistor Q4_Z verbraucht werden. Eine weitere Ausführungsform (nicht gezeigt) entspricht der Ausführungsform von 7a, wobei die Positionen des Transfergatetransistors Q2_Z und des Kondensators C2 mit der Position des Rückabflusstransistors Q4 getauscht sind. Eine noch weitere Ausführungsform (auch nicht gezeigt) entspricht der Ausführungsform von 7b, wobei die Positionen des Transfergatetransistors Q2_Z und des Kondensators C2 mit der Position des Rückabflusstransistors Q4 getauscht sind.
Bei verschiedenen Ausführungsformen können beide der Kondensatoren C1 und C2 mindestens teilweise als Diffusionskapazitäten gebildet sein. C2 kann größer ausgeführt werden als C1, indem er irgendeines von einer unterschiedlichen Implantierung als C1 aufweist, indem er einen größeren Flächenbereich als C1 aufweist oder indem er mehr (z. B. umfangreichere, aufwendigere, größere) Metallstrukturen als C1 aufweist, die über ihm gebildet sind, sodass er im Wesentlichen einen größeren Elektrodenplattenflächenbereich aufweist als C1.
8 zeigt ein Venn-Diagramm 800 für eine weitere RGBZ-Pixeleinheitszelle, in der die Pixel für sichtbares Licht den gleichen Kondensator C1 teilen und einen zweiten Kondensator C2 für das Z-Pixel einführen. Im Gegensatz zu der Herangehensweise, die in 5 ersichtlich ist, weist das Z-Pixel in der Herangehensweise von 8 jedoch nicht nur seinen eigenen größeren Kondensator C2 auf, sondern es teilt auch die Verwendung von Kondensator C1 oder ist mit Kondensator C1 mindestens irgendwie gekoppelt. Bei Designs, bei denen das Z-Pixel tatsächlich C1 als einen Speicherknoten für die Ladung von der Z-Fotodiode verwendet, kann nur eine einzelne Ausleseschaltung verwendet werden (d. h., sowohl die RGB- als auch die Z-Pixelschaltungen verwenden die gleiche Ausleseschaltung, da die Schaltungen am Speicherkapazitätsknoten gekoppelt sind).
9 zeigt eine Ausführungsform 900 einer RGBZ-Pixeleinheitszelle, die dem Venn-Diagramm von 8 entspricht. Wie ersichtlich in 9 ist der entsprechende Transfergatetransistor Q2_R, Q2_G, Q2_B für jede der R-, G- und B-Fotodioden mit dem gleichen Speicherkondensator C1 gekoppelt. Abgesehen von der zusammengeführten Schaltung aus RGB-Fotodiode, Transfergate und Kapazität C1 existiert eine separate unterschiedliche Schaltung aus Z-Fotodiode, Transfergate und Kapazität C2. Die zusammengeführte RGB-Schaltung und die Z-Schaltung sind jedoch durch den Transistor Q5 miteinander gekoppelt, sodass die Ladung von der Z-Fotodiode in beide der Kondensatoren C2 und C1 während der Belichtung des Z-Pixels übertragen werden kann. Dies hat den Effekt des Erhöhens der Kapazität für das Z-Pixel zu C1 + C2. Bei einer Ausführungsform weist C2 eine größere Kapazität auf als C1. Bei einer weiteren Ausführungsform weisen C1 und C2 annähernd die gleiche Kapazität auf.
Das Koppeln zwischen den RGB- und den Z-Schaltungen durch Transistor Q5 erlaubt den zwei Pixelschaltungen auch, die gleiche Ausleseschaltung zu teilen. Hier wird Transistor Q5 im Wesentlichen verwendet, um während der Belichtung des Z-Pixels und während der Z-Pixelauslesung einen gemeinsamen Knoten zwischen den Kondensatoren C1 und C2 herzustellen. Als solches ist bei einer Ausführungsform der Transistor Q5 während der Z-Pixelbelichtung und während der Z-Pixelauslesung ein (ist aber z. B. sonst aus).
Die RGB-Pixelzelle arbeitet größtenteils wie vorstehend beschrieben in Bezug auf 6. Es ist jedoch zu beachten, dass die Verwendung von Kondensator C1 durch die Z-Pixelschaltung ein zusätzliches Zurücksetzen von Kondensator C1 durch den RGB-Rücksetztransistor bewirkt. Nachdem die Spannung an Kondensator C1 für ein Pixel für sichtbares Licht ausgelesen wurde, erfolgt speziell ein Zurücksetzen von Kondensator C1, um den Kondensator C1 vorzubereiten, um Ladung von der Z-Fotodiode aufzunehmen (dieses Zurücksetzen existiert nicht in der Ausführungsform von 6). Nach dem Zurücksetzen wird Ladung in Kondensator C1 von der Z-Fotodiode aufgenommen und die Spannung an den Kondensatoren C1 und C2 ausgelesen. Der Kondensator C1 wird dann erneut zurückgesetzt, um ihn vorzubereiten, um Ladung von einer Fotodiode für sichtbares Licht aufzunehmen.
Die Z-Pixelzelle arbeitet ebenfalls größtenteils wie vorstehend beschrieben in Bezug auf 6. Hier ist jedoch, wie gerade erwähnt, während der Belichtung des Z-Pixels, der Transistor Q5 auch aktiviert, um die Ladungsübertragung von der Z-Fotodiode in Kondensator C1 zu erlauben. Der Transistor Q5 verbleibt aktiviert, bis die Spannung an den Kondensatoren C1 und C2 ausgelesen ist.
Aufgrund des Koppelns zwischen der RGB-Pixelzelle und der Z-Pixelzelle sind die zwei Zellen weniger in der Lage, parallel und isoliert innerhalb voneinander zu arbeiten verglichen mit der Schaltung von 6. D. h., während die RGB- und Z-Pixelschaltungen 601, 602 von 6 vollständig gleichzeitig und ohne Bezugnahme aufeinander arbeiten können (außer, dass sie nicht gleichzeitig ausgelesen werden können), kann im Vergleich dazu in der Herangehensweise von 9 Ladung von den R-, G- oder B-Fotodioden während der Z-Pixelbelichtung nicht in C1 übertragen werden. Da die Z-Belichtung einen längeren Zeitraum in Anspruch nehmen kann (da Belichtungen bei vier unterschiedlichen Taktphasen vorgenommen werden), sind die Rückabflusstransistoren Q4_R, Q4_G, Q4_B entsprechend mit jeder von den R-, G- und B-Fotodioden gekoppelt, um Ladung abfließen zu lassen, die sie während der Z-Pixelbelichtung ansammeln können. Als solches sind bei einer Ausführungsform die Transistoren Q4_R, Q4_G, Q4_B während der R-, G-, B-Pixelbelichtung aus, aber während der Z-Pixelbelichtung ein.
Die 10a und 10b zeigen RGBZ-Einheitszellen-Layoutausführungsformen für die Schaltung von 9. Als ein Vergleichspunkt mit den Ausführungsformen der 7a und 7b für die Schaltung von 6 zeigen die Ausführungsformen der 10a und 10b des Weiteren die Rückabflusstransistoren Q4_R, Q4_G, Q4_B für die Pixel für sichtbares Licht. Der Transistor Q5 ist nicht direkt mit einer Fotodiode gekoppelt und kann daher am Umfang der Matrix, dem Umfang eines Makroelements oder innerhalb der Einheitszelle mit einem proportionalen Verlust an Fotodiodenflächenbereichsgröße angeordnet werden.
Die 10a und 10b unterscheiden sich im Sinne von, welche zwei der drei „verfügbaren“ (d. h., nicht den RGB-Transfergatetransistoren und C1 zugewandten) Ecken des Z-Pixels durch den Z-Pixel-Transfergatetransistor Q2_Z und die vier Rückabflusstransistoren Q4_R, Q4_G, Q4_B, Q4_Z verbraucht werden. Eine weitere Ausführungsform (nicht gezeigt) entspricht der Ausführungsform von 10a, wobei die Positionen der vier Rückabflusstransistoren Q2_Z und von Kondensator C2 mit der Position des Rückabflusstransistors Q4_R, Q4_G, Q4_B, Q4_Z getauscht sind. Eine gar weitere Ausführungsform (auch nicht gezeigt) entspricht der Ausführungsform von 10b, wobei die Positionen des Rückabflusstransistors Q4_R, Q4_G, Q4_B, Q4_Z und von Kondensator C2, mit der Position des Rückabflusstransistors Q4 getauscht sind.
Zu beachten ist, dass in der Ausführungsform von 10a die Pixeleinheitszelle als „innere Hälften“ von zwei unterschiedlichen physikalischen Knoten Vpix, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Zelle befinden, aufeisend angesehen werden kann. D. h., jeder physikalische Knoten Vpix wird von zwei angrenzenden Pixeleinheitszellen geteilt. Im Vergleich dazu kann in der Ausführungsform von 10b die Pixeleinheitszelle als „innere Viertel“ von vier unterschiedlichen physikalischen Knoten Vpix, die sich an vier unterschiedlichen Ecken der Pixeleinheitszelle befinden, aufweisend angesehen werden. D. h., jeder physikalische Knoten Vpix wird von vier unterschiedlichen Pixeleinheitszellen geteilt.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform, die dem Venn-Diagramm von 8 entspricht. Wie ersichtlich in 11 wird die Verwendung von Kondensator C1 durch die Z-Pixelzelle durch den Rückabflusstransistor Q4 erreicht. Hier wird jedoch der Kondensator C1 nicht als ein Speicherknoten für die Z-Fotodiode verwendet, sondern wird vielmehr als ein Versorgungsspannungsknoten Vpix verwendet. Als solches wird der Kondensator C1 verwendet, um den Rückabflusstransistor Q4 gemäß seinem normalen/traditionellen Betrieb während der Z-Belichtung zu unterstützen. Der Kondensator C1 kann durch Aktivieren des Rücksetztransistors Q1_RGB der RGB-Pixelzellenschaltung auf den Spannungspegel Vpix gebracht werden. Daher wird bei einer Ausführungsform von 11 der RGB-Rücksetztransistor Q1_RGB nicht nur aktiviert, um C1 vor einer R-, G- oder B-Belichtung zurückzusetzen, sondern er wird auch während der Z-Belichtung aktiviert, um den Kondensator C1 zu zwingen, als Spannungsknoten Vpix zu agieren, um den Betrieb des Z-Pixel-Rückabflusstransistors Q4 zu unterstützen.
Beschränkungen bezüglich dessen, wann die sichtbaren RGB-Fotodioden Ladung zu Kondensator C1 übertragen können und wann Kondensator C1 ausgelesen werden kann, sind den vorstehend in Bezug auf 9 beschriebenen ähnlich. D. h., die RGB-Pixelzelle und die Z-Pixelzelle sind bezüglich dessen begrenzt, wie gleichzeitig sie isoliert voneinander arbeiten können. Speziell kann die Ladung einer R-, G- oder B-Fotodiode nicht auf Kondensator C1 während der Z-Belichtung übertragen werden. Die Verwendung von C1 als Spannungsknoten Vpix während der Z-Belichtung eliminiert jedoch die zusätzliche Rücksetzsequenz von Kondensator C1 (die vorstehend in Bezug auf 9 beschrieben ist), um die Ladung von der Z-Fotodiode zu löschen. D. h., wenn die Kondensatorspannung während der Z-Belichtung auf Vpix festgelegt ist, verbleibt der Kondensator C1 effektiv auf einem Rücksetzpegel während der Z-Belichtung und ist daher bereit, Ladung von einem R-, G- oder B-Pixel unmittelbar nach der Z-Pixelbelichtung und dem Ladungstransfer in C2 zu akzeptieren.
Die Ausführungsform von 11 weist separate Auslesungen für das Paar von Kondensatoren C1 und C2 auf, da der Erstere verwendet wird, um Ladung von RGB-Fotodioden zu akzeptieren, und der Letztere verwendet wird, um Ladung von der Z-Fotodiode zu speichern. Im Gegensatz zur Herangehensweise von 9 erfordert nicht jede der RGB-Fotodioden der Herangehensweise von 11 Rückabflusstransistoren, da irgendeine Überflussladung, die durch eine RGB-Fotodiode während der Z-Belichtung angesammelt wurde, in den Kondensator C1 durch seinen entsprechenden Transfergatetransistor angezapft werden kann. Als solches agieren die RGB-Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B nicht nur als Transfergatetransistoren, sondern auch als Rückabflusstransistoren. Bei einer Ausführungsform sind daher, die RGB-Transfergatetransistoren Q2_R, Q2_G, Q2_B nicht nur während eines Ladungstransfers für ihre entsprechende Fotodiode, sondern auch während der Z-Belichtung aktiv.
Die 12a und 12b zeigen unterschiedliche RGBZ-Pixelzellen-Layoutausführungsformen für das Schaltungsdesign von 11. Da die Herangehensweise von 11 keinen Rückabflusstransistor umfasst, der mit einem speziell erzeugten Versorgungsspannungsknoten Vpix gekoppelt ist, umfasst im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen die Layoutherangehensweise der 12a und 12b keinen Spannungsknoten Vpix. Zusätzlich ist der Rückabflusstransistor Q4 für die Z-Fotodiode direkt mit dem Kondensator C1 gekoppelt. Es ist zu beachten, dass das Z-Transfergate Q2_Z irgendeine der drei Ecken der Z-Fotodiode einnehmen kann, die nicht durch den Rückabflusstransistor Q4 verbraucht wird.
Es ist zu erkennen, dass die verschiedenen Aktivierungs-/Deaktivierungsschemen für verschiedene der vorstehend in Bezug auf die Schaltungsdesignausführungsformen der 6, 9 und 11 beschriebenen Transistoren durch eine Bildsensor-Timing- und Steuerschaltung implementiert sein können, die damit gekoppelt ist und die die Steuersignale an jeden von diesen Transistoren bereitstellt, um deren Ein-/Aus-Zustand herzustellen.
Es ist auch zu beachten, dass die RGBZ-Einheitszelle geeignet Licht in ihre entsprechenden Pixel filtern sollte. D. h., bei einer Ausführungsform sollte die R-Fotodiode rotes Licht durch Bilden einer Filterstruktur über ihr, die im Wesentlichen nur rotes Licht hindurchlässt, empfangen, die G-Fotodiode sollte grünes Licht durch Bilden einer Filterstruktur über ihr, die im Wesentlichen nur grünes Licht hindurchlässt, empfangen, die B-Fotodiode sollte blaues Licht durch Bilden einer Filterstruktur über ihr, die im Wesentlichen nur blaues Licht hindurchlässt, empfangen, und die Z-Fotodiode sollte Infrarotlicht durch Bilden einer Filterstruktur über ihr, die im Wesentlichen nur Infrarotlicht hindurchlässt, empfangen.
13 zeigt zwei Ausführungsformen 1301, 1302 von einer RGBZ-Pixeleinheitszellendesignherangehensweise, die dem Venn-Diagramm von 8 entspricht. Wie ersichtlich in 13, umfassen beide Ausführungsformen 1301, 1302 einen zweiten Transfergatetransistor Q2_Z_2, um die Menge an während der Z-Belichtung gesammelten Ladung zu erhöhen. D. h., es ist daran zu erinnern, dass bei einer typischen Implementierung die Z-Fotodiode mit einem Transfergatetransistor und einem Rückabflusstransistor gekoppelt ist. Während der Z-Belichtung wird ein erstes Taktsignal an den Transfergatetransistor angelegt und ein zweites Taktsignal an den Rückabflusstransistor angelegt, wobei die ersten und zweiten Takte 180° phasenverschoben sind. Wenn der erste Takt eingeschaltet wird, wird die Transfergatetransistorladung in einen Speicherkondensator übertragen, der später ausgelesen wird, um die empfangene optische Intensität zu detektieren. Im Vergleich dazu wird die Rückabflusstransistorladung in einen Versorgungsknoten übertragen, wenn der zweite Takt eingeschaltet wird.
Der Ladungsfluss in den Versorgungsknoten kann als ein Signalverlust angesehen werden, der die Empfindlichkeit des Z Pixels verringert. Im Vergleich dazu legen die Ausführungsformen 1301, 1302 von 13 die ersten und zweiten Taktsignale an erste und zweite Transfergatetransistoren Q2_Z_1, Q2_Z_2 an, die entsprechend mit den Kondensatoren C2 und C1 gekoppelt sind. Als solches würde während der Z-Belichtung, die Ladung, die traditionell während des Rückabfließens zu einem Versorgungsknoten fließen würde, stattdessen in den Kondensator C1 fließen, wenn das zweite Taktsignal Q2_Z_2 eingeschaltet wird. Als solches wird mehr Ladung während der Z-Belichtung gesammelt, was in einem empfindlicheren Z-Pixel resultiert.
Während der Auslesung wird die Spannung an C1 erfasst und dann die Spannung an C2 erfasst (oder zuerst C2 erfasst und dann C1 erfasst). Nachgeschaltet (z. B. mit Analog-Digital- oder Mischsignalschaltungen, hinter den Erfassungsverstärkern) werden die zwei Spannungslesungen kombiniert, um ein einzelnes Lesen für das Paar von Taktsignalen während der Z-Belichtung zu erzeugen. Der Prozess wiederholt sich dann z. B. noch einmal mit Taktpaaren, die gegenüber dem ersten und zweiten Taktsignalpaar 90° phasenverschoben sind, die gerade angewandt wurden. Bei einer Ausführungsform ist die Kapazität C1 ungefähr gleich der Kapazität C2 ausgeführt, sodass gleiche Spannungswerte von dem Paar von Kondensatoren C1, C2 gleichen Mengen an aufgenommener Ladung entsprechen.
Bezüglich der Auslesung unterscheidet sich die erste Ausführungsform 1301 von der zweiten Ausführungsform 1302 darin, dass die erste Ausführungsform 1301 eine Ausleseschaltung aufweist, während die zweite Ausführungsform 1302 separate Ausleseschaltungen für jeden von Kondensator C1 und Kondensator C2 aufweist. Die erste Ausführungsform 1301 umfasst Transistor Q5, um C2 mit der Ausleseschaltung zu koppeln, wenn die Spannung an der Kapazität C2 erfasst wird. Die erste Ausführungsform 1301 umfasst zudem einen einzelnen Rücksetztransistor Q1, um sowohl C1 als auch C2 zurückzusetzen. C1 und C2 können gleichzeitig durch Aktivhalten von Q5 während des Zurücksetzens zurückgesetzt werden (z. B., nachdem beide nach einer Z-Belichtung ausgelesen wurden).
Bei einer Ausführungsform hält die erste Ausführungsform 1301 Transistor Q5 während der Z-Belichtung ausgeschaltet. Während der Z-Belichtung wird das Paar von Taktsignalen an Q2_Z_1 und Q2_Z_2 angelegt, um alternativ entsprechend Ladung in C2 und C1 zu übertragen. Zusätzlich sind die RGB-Transfergatetransistoren ausgeschaltet und die RGB-Rückabflusstransistoren Q4_R, Q4_G, Q4_B eingeschaltet, um Überbelichten von den RGB-Pixeln während der Z-Belichtung zu verhindern.
Wenn die Z-Belichtung abgeschlossen ist, bleibt Q5 aus, während die Spannung an C1 durch Aktivieren des Reihenauswahlsignals (RS) der Ausleseschaltung erfasst wird. Nachdem die Spannung an C1 ausgelesen wurde, wird der Transistor Q5 eingeschaltet, um C2 mit der Ausleseschaltung zu koppeln. Die Spannung an C2 wird dann erfasst. Nachdem die Spannungen an C1 und C2 erfasst wurden, bleibt Q5 ein, um sowohl C1 als auch C2 mit dem Rücksetztransistor Q1 zu koppeln. Der Rücksetztransistor Q1 wird dann aktiviert, um die Ladung an C1 als auch an C2 zu löschen. Die Transistoren Q2_Z_2 und Q5 werden dann ausgeschaltet, um das Z-Pixel von den RGB-Pixeln z. B. in Vorbereitung für die RGB-Belichtung zu entkoppeln.
Während der RGB-Belichtung sind beide Z-Transfergatetransistoren Q2_Z_1 und Q2_Z_2 aus und der Z-Rückabflusstransistor Q4_Z ist ein. Die RGB-Transfergatetransistoren werden entsprechend vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aktiviert und die Rückabflusstransistoren deaktiviert. Bei einer Ausführungsform wird ein RGB-Pixel belichtet, während die anderen zwei RGB-Pixel nicht belichtet werden. D. h., der Rückabflusstransistor ist aus und der Transfergatetransistor ist ein für das RGB-Pixel, das belichtet wird, während für die anderen zwei Pixel, die nicht belichtet werden, der Rückabflusstransistor ein ist und der Transfergatetransistor aus ist. Die Ladung von den belichteten Fotodioden wird in C1 übertragen und die Spannung an C1 ausgelesen. Die Spannung an C1 wird dann gelöscht und es kann z. B. entweder eine andere RGB-Belichtung erfolgen (für eines der Pixel, das nicht belichtet wurde) oder es kann eine Z-Belichtung erfolgen.
Im Fall von der zweiten Ausführungsform 1302 ist der Transistor Q5 aufgrund der separaten Auslese- und Rücksetzschaltungen eliminiert. Während der Z-Belichtung wird der Gatetransistor Q2_Z_1 durch das erste Taktsignal gesteuert und Ladung fließt von der Z-Fotodiode in C2. Außerdem wird der Transfergatetransistor Q2_Z_2 durch das zweite Taktsignal gesteuert und die Ladung fließt von der Z-Fotodiode in C1. Nach der Z-Belichtung wird eine der Ausleseschaltungen aktiviert, um die Spannung an einem der Kondensatoren zu erfassen (die andere Ausleseschaltung wird deaktiviert). Nach der ersten Auslesung wird die andere Ausleseschaltung aktiviert (die Erste wird deaktiviert), um die Spannung am zweiten Kondensator zu erfassen (der erste Kondensator kann zu diesem Zeitpunkt zurückgesetzt sein). Nachdem beiden Kondensatoren ausgelesen wurden, werden die Spannungen am Letzteren oder an beiden Kondensatoren zurückgesetzt. Anderweitig erfolgt der Vorgang wie vorstehend beschrieben für die erste Ausführungsform.
Die 14a und 14b zeigen Layoutausführungsformen für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1301, 1302 von 13. Wie ersichtlich in 14 sind R-, G- und B-Transfertransistorgates zwischen den R-, G- und B-Fotodioden und C1 wie in vorhergehenden Layoutausführungsformen gekoppelt. Im Gegensatze zu vorhergehenden Ausführungsformen ist ein zweites Z-Pixel-Transfergatetransistorgate Q2_Z_2 zwischen der Z-Fotodiode und C1 gekoppelt. Diese spezielle Layoutherangehensweise ist mindestens mit der zweiten Ausführungsform erreichbar. Die anderen ersichtlichen Layoutmerkmale wurden in vorhergehenden Layoutausführungsformen beschrieben.
15 zeigt eine Methodik, die durch die vorstehend beschriebenen RGBZ-Pixeleinheitszellenausführungsformen ausgeführt wird. Das Verfahren umfasst das Übertragen einer ersten Ladung von einer ersten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer ersten Art empfangen hat, in einen Speicherkondensator und das Auslesen einer ersten Spannung des Speicherkondensators an einer Pixelmatrixspalte 1501. Das Verfahren umfasst auch das Übertragen einer zweiten Ladung von einer zweiten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer zweiten Art empfangen hat, in den Speicherkondensator und das Auslesen einer zweiten Spannung des Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte 1502. Das Verfahren umfasst auch das Übertragen einer dritten Ladung von einer dritten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer zweiten Art empfangen hat, in den Speicherkondensator und das Auslesen einer dritten Spannung des Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte 1503. Das Verfahren umfasst auch das Übertragen von Ladung von einer vierten Fotodiode, die Infrarotlicht empfangen hat, in einen zweiten Speicherkondensator und das Auslesen einer vierten Spannung des zweiten Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte 1504.
Die 16a bis 16e zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors, der irgendwelche der vorstehend in Bezug auf die 4 bis 15 beschriebenen RGB-Einheitszellendesignstrategien aufweist, und der weiter eine RGBZ-Filterstruktur umfasst, die diesen Designs entspricht. 16a zeigt ein Querschnittssegment eines Bildsensors entlang einer Achse der Pixelmatrix mit einem Paar von Pixel für sichtbares Licht (R und G, wie ersichtlich in 16a). Hier zeigt das Halbleitersubstrat 1601 den allgemeinen Ort der lichtempfindlichen Regionen der R- und G-Fotodioden. Die Metallisierung 1602, die auf dem Substrat abgeschieden ist, bildet die Transistorgates und Source/Drain-Kontakte und die Metallisierung, die über dem Substrat abgeschieden ist, bildet den Transistor und die Schaltungskopplungsstruktur, die mit den Pixeleinheitszellendesigns und anderen Bildsensorschaltungen verbunden ist. Die Metallisierungs- und Transistorstrukturen können in irgendwelche der verschiedenen vorstehend in Bezug auf die 4 bis 14a, b beschriebenen Merkmale gebildet werden.
Nach der Kopplungsstrukturmetallisierungsbildung, wie ersichtlich in 16b, wird eine Mordent- oder Transparentschicht 1603 über der Fläche über der darunterliegenden Struktur gebildet. Dann werden Filter für sichtbares Licht 1604 einer ersten Art (z. B. ein rot gefärbter „R“-Filter wie ersichtlich in 16b), in der Mordent- oder Transparentschicht 1603 durch Färben der Schicht mit der geeigneten Farbe in der geeigneten Region gebildet. Speziell werden, wie ersichtlich in 16b, die R-Pixelregionen der Mordent-/Transparentschicht rot gefärbt. Das Färben kann durch Wärmeübertragen eines Mordentfarbstoffs durch eine Fotolackmaske hindurch in eine Mordentschicht und dann Ablösen der Maske implementiert werden oder durch Aufsaugen eines Farbstoffs in eine Transparentschicht durch eine Fotolackmaske hindurch und dann Ablösen der Maske. Hier werden der Fotolack und die Maskierung derart strukturiert, dass die Regionen von Interesse (die R-Pixelregionen) freigelegt werden und die weiteren anderen Regionen (GB- und Z-Regionen) blockiert werden. Speziell wird Fotolack auf der Mordent-/Transparentschicht abgeschieden oder diese damit beschichtet. Der Fotolack wird dann mit einer Maske freigelegt, welche die Merkmale der R-Pixelregionen aufweist. Der Fotolack wird dann geätzt, um die darunterliegende Transparent-/Mordentschicht in den R-Regionen der Pixelmatrix freizulegen.
Wie ersichtlich in 16c werden Filter für sichtbares Licht einer zweiten Art 1605 (z. B. ein grün gefärbter „G“-Filter, wie ersichtlich in 16c) über der Kopplungsstrukturmetallisierung durch z. B. grün Färben der geeigneten (G) Pixelregionen der Mordent-/Transparentschicht 1403 durch die vorstehend beschriebenen Techniken gebildet. 16d zeigt das Querschnittssegment eines Bildsensors entlang einer weiteren anderen Achse der Pixelmatrix mit Pixel für sichtbares Lichtn einer dritten Art (B) und einem Z-Pixel nach dem Bilden der B-Filter 1606 gemäß den gleichen Techniken, die verwendet werden, um die vorstehend beschriebenen R- und G-Pixel zu bilden (die bereits gebildeten R- und G-Filter im Hintergrund sind zur Zeichnungsvereinfachung nicht dargestellt).
Wie ersichtlich in 16e, sind die Infrarotfilter 1607 in den Z-Pixelregionen des Bildsensors gebildet. Die Infrarotfilter lassen IR-Licht durch und blockieren im Wesentlichen sichtbares Licht. Die Infrarotfilter 1607 können durch Bilden einer Fotolackschicht über der Transparent-/Mordentschicht 1603 und dann Freilegen des Fotolacks mit einer Maske, welche die Z-Pixelregionen der Pixelmatrix aufweist, gebildet werden. Die Fotolackschicht wird dann geätzt, um die Transparent-/Mordentschicht in den Z-Pixelregionen freizulegen. Die darunterliegende Transparent-/Mordentschicht kann auch in den Z-Pixelregionen geätzt werden, und ein Material, das im Wesentlichen nur IR-Licht hindurchlässt, kann in die freigelegten Regionen abgeschieden werden. Die resultierende Struktur ist in 16e gezeigt. Alternativ kann die darunterliegende Mordent- oder Transparentschicht in den Z-Pixelregionen verbleiben und der Infrarotfilter kann oben auf der Schicht mit Fotomaskierungstechniken wie den vorstehend beschriebenen abgeschieden werden.
Bei Ausführungsformen, bei denen der Infrarotfilter innerhalb einer gleichen Schicht wie die RGB-Filter gebildet wird, können die vier Pixelarten in jeder Reihenfolge gebildet werden.
Nachdem der Infrarotfilter wie ersichtlich in 16f gebildet ist, wird eine IR-Reduzierungsfilterschicht 1608 auf der darunterliegenden Struktur abgeschieden oder beschichtet und über den Z-Pixelregionen geätzt (z. B. unter Verwendung von Fotolack- und Maskierungstechniken). Als solches wird ein ein IR-Reduzierungsfilter im Wesentlichen über den R-, G- und B-Pixelorten angeordnet. Die IR-Reduzierungsfilterschicht 1608 ist aus einem Material hergestellt, das im Wesentlichen Infrarotlicht blockiert. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die IR-Reduzierungsschicht 1608 hilfreich, da traditionelle RGB-Filter im Wesentlichen Infrarotlicht nicht blockieren, und im Kontext eines RGBZ-Bildsensors zur Verwendung bei einem Laufzeitsystem können ohne einen IR-Reduzierungsfilter die RGB-Pixel auf das Infrarotlicht vom Laufzeitbeleuchter ansprechen. Als solches unterstützen die IR-Reduzierungsfilter dabei, die Bildgebungssysteme für sichtbares Licht und Laufzeit zu isolieren.
Zusätzlich unterstützen die IR-Reduzierungsfilter dabei, zu verhindern, dass sich die RGB-Pixel während des Z-Belichtungsprozesses sättigen, was auch die Notwendigkeit für ein Rückabfließen Lassen der RGB-Pixel während der Z-Belichtung abschwächen kann, ein „Überbelichten“ verhindern kann (wo übersättigte Pixel Ladung in angrenzende Pixel abfließen lassen) oder mindestens irgendein RGB-Rücksetzen einfacher machen kann, das nach einer Z-Belichtung erfolgt. Zu beachten ist, dass zu dem Ausmaß zu dem Überbelichten der RGB-Filter als Anliegen verbleibt, Rückabflusstransistoren mit einigen/allen der RGB-Fotodioden, die bei verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurden, gekoppelt sein können. Als solches können die Ausführungsformen der 6, 7a, 7b und 11, 12a, 12b beispielsweise zusätzlich Rückabflusstransistoren für die RGB-Fotodiode umfassen und daher die Rückabflussstrukturen, die in den 10a und 10b ersichtlich sind, umfassen.
Wie ersichtlich in 16g, sind Mikrolinsen 1609 über den Filtern gebildet. Hier kann eine Transparentschicht wie z. B. die Mikrolinsen, durch irgendwelche von einer Anzahl von verschiedenen Prozessen gebildet sein wie beispielsweise: 1) Beschichten und Brennen von einer oder mehrerer Fotolackschichten auf der darunterliegenden Struktur, Strukturieren der Fotolackschichten in z. B. Kreise/Zylinder, welche die Mikrolinsenmatrix darstellen, und dann Schmelzen der Fotolackkreise/-zylinder in die Form der Mikrolinsen; 2) Ausführen des vorstehenden Prozesses von 1) auf einer Schicht auf einer Transparentschicht (z. B. Kieselglas) und Verwenden des geschmolzenen Fotolacks als eine Maske für ein RIE-Ätzen in die Transparentschicht (was die Form von volleren Mikrolinsen in die Transparentschicht abschließt); 3) Mikrohervorstoßen von Tröpfchen, die auf die darunterliegende Struktur im Matrixmuster gerichtet sind, und Verfestigen der Tröpfchen.
17 zeigt eine integrierte traditionelle Kamera und ein Laufzeitbildgebungssystem 1700. Das System 1700 weist einen Anschluss 1701 auf, um elektrischen Kontakt, z. B. mit einer größeren System-/Hauptplatine herzustellen, wie beispielsweise der System-/Hauptplatine eines Laptopcomputers, Tabletcomputers oder Smartphones. Abhängig vom Layout und der Implementierung kann der Anschluss 1701 mit einem flexiblen Kabel verbinden, das z. B. eine tatsächliche Verbindung mit der System-/Hauptplatine herstellt, oder der Anschluss 1701 kann direkten Kontakt mit der System-/Hauptplatine herstellen.
Der Anschluss 1701 ist an einer Grundplatine 1702 angebracht, die als eine mehrschichtige Struktur von abwechselnden leitenden und isolierenden Schichten implementiert sein kann, wobei die leitenden Schichten strukturiert sind, elektronische Spuren zu bilden, welche die internen elektrischen Verbindungen des Systems 1700 unterstützen. Durch den Anschluss 1701 werden Befehle vom größeren Hostsystem wie Konfigurationsbefehle, die Konfigurationsinformationen von/zu Konfigurationsregistern innerhalb des Kamerasystems 1700 lesen/schreiben, empfangen.
Ein RGBZ-Bildsensor 1703 ist auf der Grundplatine 1702 unter einer Empfangslinse 1704 befestigt. Der RGBZ-Bildsensor 1703 umfasst eine Pixelmatrix, die eine RGBZ-Einheitspixelzelle aufweist. Die RGB-Pixelzellen werden verwendet, um traditionelle sichtbares Bild-„2D“-Erfassungsfunktionen (traditionelle Bilderfassungsfunktionen) zu unterstützen. Die Z-Pixelzellen sind IR-lichtempfindlich und werden verwendet, um 3D-Tiefenprofillbildgebung unter Verwendung von Laufzeittechniken zu unterstützen. Die RGBZ-Pixeleinheitszelle kann RGB-Pixelzellen aufweisen, die einen gleichen Speicherkondensator und/oder einige der anderen vorstehend beschriebenen Merkmale in Bezug auf die 4 bis 16 teilen. Obwohl eine grundlegende Ausführungsform RGB-Pixel für die Erfassung eines sichtbaren Bildes umfasst, können andere Ausführungsformen unterschiedliche gefärbte Pixelschemen (z. B. Cyan, Purpur und Gelb) verwenden.
Der Bildsensor 1703 kann auch ADC-Schaltungen zum Digitalisieren der Signale des Bildsensors und Timing- und Steuerschaltungen umfassen, um Taktungs- und Steuersignale für die Pixelmatrix und die ADC-Schaltungen zu erzeugen.
Die Grundplatine 1702 kann Signalspuren umfassen, um digitale Informationen zu transportieren, die durch die ADC-Schaltungen an den Anschluss 1701 zum Verarbeiten durch eine höhere Endkomponente des Host-Computersystems wie eine Bildsignalverarbeitungspipeline (die z. B. in einem Anwendungsprozessor integriert ist) bereitgestellt werden.
Ein Kameralinsenmodul 1704 ist über dem RGBZ-Bildsensor 1703 integriert. Das Kameralinsenmodul 1704 enthält ein System von einer oder mehreren Linsen, um empfangenes Licht auf den Bildsensor 1703 zu fokussieren. Da der Empfang des Kameralinsenmoduls von sichtbarem Licht den Empfang von IR-Licht durch die Laufzeitpixelzellen des Bildsensors stören kann, und da umgekehrt der Empfang des Kameramoduls von IR-Licht den Empfang von sichtbarem Licht durch die RGB-Pixelzellen des Bildsensors stören kann, kann eines oder beide von der Pixelmatrix des Bildsensors und dem Linsenmodul 1703 ein System von Filtern enthalten, die ausgeführt sind, um im Wesentlichen IR-Licht zu blockieren, das durch die RGB-Pixelzellen empfangene werden soll, und im Wesentlichen sichtbares Licht zu blockieren, das durch Laufzeitpixelzellen empfangen werden soll.
Ein Beleuchter 1705, der aus einer Lichtquellenmatrix 1707 unter einer Apertur 1706 besteht, ist ebenfalls auf der Grundplatine 1701 befestigt. Die Lichtquellenmatrix 1707 kann auf einem Halbleiterchip implementiert sein, der an der Grundplatine 1701 befestigt ist. Ein Lichtquellentreiber ist mit der Lichtquellenmatrix gekoppelt, um sie zu veranlassen, Licht mit einer bestimmten Intensität und modulierten Wellenform zu emittieren.
Bei einer Ausführungsform unterstützt das integrierte System 1700 von 17 drei Betriebsarten: 1) 2D-Modus; 3) 3D-Modus; und, 3) 2D/3D-Modus. Im Fall des 2D-Modus verhält sich das System wie eine traditionelle Kamera. Als solches ist der Beleuchter 1705 deaktiviert und der Bildsensor wird verwendet, um sichtbare Bilder durch seine RGB-Pixelzellen zu empfangen. Im Fall des 3D-Modus erfasst das System Laufzeittiefeninformationen eines Objekts im Sichtfeld des Beleuchters 1705. Als solches ist der Beleuchter 1705 aktiviert und emittiert IR-Licht (z. B. in einer Ein-Aus-Ein-Aus-...Sequenz) auf das Objekt. Das IR-Licht wird vom Objekt reflektiert, durch das Kameraobjektivmodul 1504 empfangen und durch die Z-Pixel des Bildsensors erfasst. Im Fall des 2D/3D-Modus sind die vorstehend beschriebenen 2D- und 3D-Modi gleichzeitig aktiv.
18 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Computersystems 1800 wie ein Personalcomputersystem (z. B. Desktop oder Laptop) oder ein mobiles oder handgehaltenes Computersystem wie eine Tabletvorrichtung oder ein Smartphone. Wie in 18 ersichtlich kann das grundlegende Computersystem eine Zentraleinheit 1801 (die z. B. mehrere Universalprozessorkerne umfassen kann) und einen Hauptspeichercontroller 1817 umfassen, die auf einem Anwendungsprozessor oder Mehrkernprozessor 1850 angeordnet sind, Systemspeicher 1802, ein Display 1803 (z. B. Touchscreen, Flachpanel), eine lokale verdrahtete Punkt-zu-Punkt-Verbindung 1804 (z. B. USB), verschiedene Netzwerk-I/O-Funktionen 1805 (wie eine Ethernetschnittstelle und/oder ein Mobilfunkmodemsubsystem), eine drahtlose lokale Netzwerkverbindung 1806 (z. B. WiFi), eine drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung 1807 (z. B. Bluetooth) und eine globale Positionsbestimmungssystemverbindung 1808, verschiedene Sensoren 1809_1 bis 1809_N, eine oder mehrere Kameras 1810, eine Batterie 1811, eine Leistungsmanagementsteuereinheit 1812, einen Lautsprecher und ein Mikrofon 1813 und einen Audiocodierer/-decodierer 1814.
Ein Anwendungsprozessor oder ein Mehrkernprozessor 1850 kann einen oder mehrere Universalprozessorkerne 1815 innerhalb seiner CPU 1801, eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten 1816, einen Hauptspeichercontroller 1817, eine I/O-Steuerungsfunktion 1818 und eine oder mehrere Bildsignalverarbeitungspipelines 1819 umfassen. Die Universalprozessorkerne 1815 führen typischerweise das Betriebssystem und die Anwendungssoftware des Computersystems aus. Die Grafikprozessoren 1816 führen typischerweise intensive Grafikfunktionen aus, um z. B. Grafikinformationen, die auf dem Display 1803 dargestellt werden, zu erzeugen. Die Speichersteuerungsfunktion 1817 ist mit dem Systemspeicher 1802 verbunden. Die Bildsignalverarbeitungspipelines 1819 empfangen Bildinformationen von der Kamera und verarbeiten die Rohbildinformationen für nachgeordnete Verwendungen. Die Leistungsmanagementsteuereinheit 1812 steuert generell die Leistungsaufnahme des Systems 1800.
Die Touchscreendisplays 1803, die Kommunikationsschnittstellen 1804 bis 1807, die GPS-Schnittstelle 1808, die Sensoren 1809, die Kamera 1810 und die Lautsprecher/Mikrofon-Codecs 1813, 1814 können jeweils als verschiedene I/O-Formen (Eingabe und/oder Ausgabe) relativ zu dem gesamten Computersystem betrachtet werden einschließlich gegebenenfalls einer integrierten Peripherievorrichtung (wie z. B. die eine oder die mehreren Kameras 1810). Abhängig von der Implementierung können verschiedene dieser I/O-Komponenten im Anwendungsprozessor/Mehrkernprozessor 1850 integriert sein oder sie können sich außerhalb des Chips oder Pakets des Anwendungsprozessors/Mehrkernprozessors 1850 befinden.
Bei einer Ausführungsform umfassen eine oder mehrere Kameras 1810 einen RGBZ-Bildsensor mit einer RGBZ-Einheitszelle, in der die Pixelzellen für sichtbares Licht einen gleichen Speicherkondensator teilen und/oder in der die RGBZ-Einheitszelle irgendwelche der anderen vorstehend in Bezug auf die 4 bis 16 beschriebenen Merkmale umfasst. Anwendungssoftware, Betriebssystemsoftware, Gerätetreibersoftware und/oder Firmware, die auf einem Universal-CPU-Kern (oder einem anderen Funktionsblock, der eine Befehlsausführungspipeline aufweist, um Programmcode auszuführen) von einem Anwendungsprozessor oder einem anderen Prozessor ausgeführt wird, kann Befehle an das Kamerasystem richten und Bilddaten davon empfangen.
Im Fall von Befehlen können die Befehle den Eintritt in oder das Verlassen von jedem der vorstehend beschriebenen 2D-, 3D- oder 3D/2D-Systemzustände umfassen.
Ausführungsformen der Erfindung können wie vorstehend beschrieben verschiedene Prozesse umfassen. Die Prozesse können in maschinenausführbaren Befehlen verkörpert sein. Die Befehle können verwendet werden, um einen Allzweck- oder Spezialprozessor zu veranlassen, bestimmte Prozesse auszuführen. Alternativ können diese Prozesse durch spezifische Hardwarekomponenten ausgeführt werden, die festverdrahtete Logik enthalten, um die Prozesse auszuführen, oder durch jede Kombination von programmierten Computerkomponenten und benutzerdefinierten Hardwarekomponenten.
Elemente der vorliegenden Erfindung können ebenfalls als ein maschinenlesbares Medium zum Speichern der maschinenausführbaren Befehle bereitgestellt werden. Das maschinenlesbare Medium kann umfassen, ist aber nicht beschränkt auf, Disketten, optische Disks, CD-ROMs und magnetooptische Disks, FLASH-Speicher, ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten, Ausbreitungsmedien oder andere Arten von Medien/maschinenlesbaren Medien, die zum Speichern elektronischer Befehle geeignet sind. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise als ein Computerprogramm heruntergeladen werden, das von einem entfernten Computer (z. B. einem Server) an einen anfragenden Computer (z. B. einem Client) mittels Datensignalen übertragen werden kann, die in einem Trägersignal oder anderem Ausbreitungsmedium über einen Kommunikationslink (z. B. ein Modem oder eine Netzwerkverbindung) ausgeführt werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Modifizierungen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom weiteren Sinn und Umfang der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen angeführt, abzuweichen. Die Spezifikation und Zeichnungen sind demnach vielmehr als veranschaulichend denn als einschränkend anzusehen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: einen Bildsensor, der eine Pixelmatrix mit einer Einheitszelle umfasst, die Fotodioden für sichtbares Licht und eine Infrarotfotodiode umfasst, wobei die Fotodioden für sichtbares Licht und die Infrarotfotodiode mit einer bestimmten Spalte der Pixelmatrix gekoppelt sind und die Einheitszelle einen ersten Kondensator aufweist, der mit den Fotodioden für sichtbares Licht gekoppelt ist, um Ladung von jeder von den Fotodioden für sichtbares Licht zu speichern, wobei die Einheitszelle eine Ausleseschaltung aufweist, um die Spannung des ersten Kondensators an der bestimmten Spalte bereitzustellen, und die Einheitszelle einen zweiten Kondensator aufweist, der mit der Infrarotfotodiode über einen Transfergatetransistor gekoppelt ist, um während einer Laufzeitbelichtung Ladung von der Infrarotfotodiode aufzunehmen, wobei die Einheitszelle einen Rückabflusstransistor umfasst, der mit der Infrarotfotodiode gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Kondensator mit der Ausleseschaltung gekoppelt ist und die Ausleseschaltung auch die Spannung des zweiten Kondensators an der bestimmten Spalte bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einheitszelle einen Rücksetztransistor umfasst, der sowohl mit den ersten als auch den zweiten Kondensatoren gekoppelt ist, um entsprechende Ladung vom ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu löschen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Fotodioden für sichtbares Licht mit entsprechenden Transfergatetransistoren und entsprechenden Rückabflusstransistoren gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einheitszelle einen Rücksetztransistor umfasst, der sowohl mit den ersten als auch den zweiten Kondensatoren gekoppelt ist, um entsprechende Ladung vom ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu löschen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fotodioden für sichtbares Licht mit entsprechenden Transfergatetransistoren und entsprechenden Rückabflusstransistoren gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Kondensator größer ist als der erste Kondensator.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einheitszelle weiter eine zweite Ausleseschaltung umfasst, die mit dem zweiten Kondensator gekoppelt ist, und die zweite Ausleseschaltung die Spannung des zweiten Kondensators an der bestimmten Spalte bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rückabflusstransistor mit dem ersten Kondensator gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Kondensator mit dem zweiten Kondensator durch einen Transistor gekoppelt ist.
Verfahren, umfassend: Übertragen einer ersten Ladung von einer ersten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer ersten Art empfangen hat, in einen Speicherkondensator und Auslesen einer ersten Spannung des Speicherkondensators an einer Pixelmatrixspalte; Übertragen einer zweiten Ladung von einer zweiten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer zweiten Art empfangen hat, in den Speicherkondensator und Auslesen einer zweiten Spannung des Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte; Übertragen einer dritten Ladung von einer dritten Fotodiode, die sichtbares Licht von einer dritten Art empfangen hat, in den Speicherkondensator und Auslesen einer dritten Spannung des Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte; und Übertragen einer vierten Ladung von einer vierten Fotodiode, die Infrarotlicht während einer Laufzeitbelichtung empfangen hat, in einen zweiten Speicherkondensator und Auslesen einer vierten Spannung des zweiten Speicherkondensators an der Pixelmatrixspalte.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend Übertragen der vierten Ladung während einer Belichtungszeit der vierten Fotodiode und Ausführen des Übertragens von irgendwelchen der ersten, zweiten und dritten Ladungen während der Belichtungszeit.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend Übertragen der vierten Ladung während einer Belichtungszeit der vierten Fotodiode und Erlauben, dass eine fünfte Ladung von irgendwelchen von den ersten, zweiten und dritten Fotodioden während der Belichtungszeit in einen Versorgungsknoten fließt.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend Übertragen der vierten Ladung während einer Belichtungszeit der vierten Fotodiode und Ausführen des Auslesens von irgendwelchen von den ersten, zweiten und dritten Spannungen während der Belichtungszeit.
Verfahren nach Anspruch 11,, weiter umfassend Auslesen der ersten, zweiten, dritten und vierten Spannungen mit einer gleichen Ausleseschaltung.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend Löschen der ersten, zweiten und dritten Spannungen vom ersten Kondensator und Löschen der vierten Spannung vom zweiten Kondensator mit einem gleichen Rücksetztransistor.
Computersystem, umfassend: einen Anwendungsprozessor mit mehreren mit einem Speichercontroller gekoppelten Prozessorkernen, wobei der Speichercontroller mit einem Systemspeicher gekoppelt ist; ein Kamerasystem, das mit dem Anwendungsprozessor gekoppelt ist, wobei das Kamerasystem einen Bildsensor umfasst und der Bildsensor eine Pixelmatrix mit einer Einheitszelle umfasst, die Fotodioden für sichtbares Licht und eine Infrarotfotodiode umfasst, und die Fotodioden für sichtbares Licht und die Infrarotfotodiode mit einer bestimmten Spalte der Pixelmatrix gekoppelt sind, und die Einheitszelle einen ersten Kondensator aufweist, der mit den Fotodioden für sichtbares Licht gekoppelt ist, um Ladung von jeder der Fotodioden für sichtbares Licht zu speichern, wobei die Einheitszelle eine Ausleseschaltung aufweist, um die Spannung des ersten Kondensators an der bestimmten Spalte bereitzustellen, und die Einheitszelle einen zweiten Kondensator aufweist, der mit der Infrarotfotodiode über einen ersten Transfergatetransistor gekoppelt ist, um während einer Laufzeitbelichtung Ladung von der Infrarotfotodiode aufzunehmen, wobei die Einheitszelle einen Rückabflusstransistor umfasst, der mit der Infrarotfotodiode gekoppelt ist.
Computersystem nach Anspruch 17, wobei der zweite Kondensator mit der Ausleseschaltung gekoppelt ist und die Ausleseschaltung auch die Spannung des zweiten Kondensators an der bestimmten Spalte bereitstellt.
Computersystem nach Anspruch 18, wobei die Einheitszelle einen Rücksetztransistor umfasst, der mit den ersten und zweiten Kondensatoren gekoppelt ist, um entsprechende Ladung vom ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu löschen.
Computersystem nach Anspruch 18, wobei die Fotodioden für sichtbares Licht mit entsprechenden Transfergatetransistoren und entsprechenden Rückabflusstransistoren gekoppelt sind.
Computersystem nach Anspruch 17, wobei die Einheitszelle einen Rücksetztransistor umfasst, der mit den ersten und zweiten Kondensatoren gekoppelt ist, um entsprechende Ladung vom ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu löschen.
Computersystem nach Anspruch 17, wobei die Fotodioden für sichtbares Licht mit entsprechenden Transfergatetransistoren und entsprechenden Rückabflusstransistoren gekoppelt sind.
Computersystem nach Anspruch 17, wobei der Rückabflusstransistor mit dem ersten Kondensator gekoppelt ist.
Computersystem nach Anspruch 17, wobei der zweite Kondensator mit dem ersten Kondensator durch einen Transistor gekoppelt ist.
Computersystem nach Anspruch 17, wobei der zweite Kondensator größer ist als der erste Kondensator.