成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及成像系统，所述成像系统包括被布置成行和列的光电二极管的阵列，其中所述阵列包括3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括一组四个非相邻光电二极管；滤色片阵列，其中所述滤色片阵列包括形成于所述组的四个非相邻光电二极管上方的一组四个滤色片元件，其中所述组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射给定波长带的光；以及共用浮动扩散节点，其中所述组的四个非相邻光电二极管中的一对所述光电二极管形成于所述阵列的共同行中，并且耦合至所述共用浮动扩散节点。本实用新型专利技术用于成像领域。本实用新型专利技术的技术效果是改善电荷相加能力。

【技术实现步骤摘要】

本技术整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及包括具有电荷相加能力的光电二极管的成像设备。
技术介绍
图像传感器常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置方式中，电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。图像像素包含单个光电二极管以便响应于图像光而生成电荷。将图像像素所生成的电荷存储于与图像像素耦合的浮动扩散节点。通常将电路耦合到各个像素列以用于读出来自图像像素的图像信号。传统的成像系统采用单个图像传感器，其中通过被布置成拜耳马赛克图案的红色、绿色和蓝色(RGB)图像像素对可见光谱进行采样。拜耳马赛克图案由2×2个图像像素的重复单元格组成，其中两个绿色像素沿对角线彼此相对，并且其他角部为红色和蓝色。在某些应用中，可能有利的是将来自多个像素的电荷存储在单个共用浮动扩散节点上。在实施拜耳马赛克图案的常规成像系统中，图像像素阵列单列中不同颜色的相邻像素或拜耳马赛克单元格中的相邻像素共用共同浮动扩散节点，在读出之前，在所述共同浮动扩散节点上存储来自像素的电荷。将与各个像素颜色相对应的电荷分别地存储在共用浮动扩散节点上并从共用浮动扩散节点读出。然而，此类常规布置方式(拜耳马赛克图案中不同颜色的多个像素共用共同浮动扩散节点)对于浮动扩散节点相加或电荷装仓并不理想。例如，一些常规布置方式将拜耳马赛克阵列中的四个像素耦合至共同浮动扩散节点(即，被布置在共同列中的四个像素或被布置在拜耳图案的单元格中的四个像素)。然而，在此类布置方式中，可共用共同浮动扩散节点的具有共同颜色平面的像素数量是有限的，并且在阵列上仅获得电荷的部分相加。在希望对来自附加像素的电荷进行装仓的一些情况下，使用模拟或
数字外围逻辑在阵列之外进行相加操作。然而，阵列之外的相加操作会增加功耗，并且潜在地会给相加信号增加噪声。在其它情况下，阵列中更多不同颜色的相邻像素被配置成共用共同浮动扩散节点，以便增加可对电荷相加的像素的数量。然而，更多像素(即，不同颜色的九个相邻像素)耦合至相同浮动扩散节点的布置方式表现出低转换增益、由于浮动扩散节点处的电压幅摆下降导致电压灵敏度下降以及增加的浮动扩散节点噪声。在包括具有相同颜色的2×2相邻像素的单元格的像素阵列的其他成像系统中，相邻像素共用共同浮动扩散节点，在读出之前，电荷被存储在所述共同浮动扩散节点上。相同颜色的四个像素的各个单元格的电荷在共用浮动扩散节点处相加并从共用浮动扩散节点读出。然而，由于此类成像系统不使用拜耳马赛克图案，可能难以生成具有与使用拜耳马赛克图案的传感器所生成的图像相关的全分辨率特性的图像。因此可能有利的是能够提供电荷相加能力改善的成像设备。
技术实现思路
本技术的一个方面的目的是提供一种改进的成像设备。一种成像系统包括被布置成行和列的光电二极管的阵列，其中所述阵列包括3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括一组四个非相邻光电二极管；滤色片阵列，其中所述滤色片阵列包括形成于所述组的四个非相邻光电二极管上方的一组四个滤色片元件，其中所述组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射给定波长带的光；以及共用浮动扩散节点，其中所述组的四个非相邻光电二极管中的一对所述光电二极管形成于所述阵列的共同行中，并且耦合至所述共用浮动扩散节点。优选地，所述组的四个非相邻光电二极管中的所述光电二极管中的每一者耦合至所述共用浮动扩散节点。优选地，所述光电二极管的阵列还包括附加的3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括附加组的四个非相邻光电二极管，其中所述滤色片阵列还包括形成于所述附加组的四个非相邻光电二极管上方的附加组的四个滤色片元件，其中所述附加组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射给定波长带的光，并且其中所述附加组的四个非相邻
光电二极管中的所述光电二极管中的每一者耦合至所述共用浮动扩散节点。优选地，所述3个光电二极管×3个光电二极管区域为第一3个光电二极管×3个光电二极管区域，其中所述光电二极管的阵列还包括附加的3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括附加组的四个非相邻光电二极管，其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的至少两个光电二极管也包括在所述第一3个光电二极管×3个光电二极管区域中，其中所述滤色片阵列还包括形成于所述附加组的四个非相邻光电二极管上方的附加组的四个滤色片元件，其中所述附加组的四个滤色片元件中的各个滤色片元件被配置成透射与所述给定波长带不同的附加波长带的光，并且其中所述第二组四个非相邻光电二极管中的各个光电二极管耦合至所述共用浮动扩散节点。优选地，所述组的四个非相邻光电二极管中的第一光电二极管被配置成在第一整合时间期间生成第一电荷，并且其中所述组的四个非相邻光电二极管中的第二光电二极管被配置成在与所述第一整合时间不同的第二整合时间期间生成第二电荷。优选地，所述组的四个非相邻光电二极管中的第三光电二极管被配置成在与所述第一整合时间和所述第二整合时间不同的第三整合时间期间生成第三电荷。优选地，所述组的四个非相邻光电二极管中的第四光电二极管被配置成在与所述第一整合时间、所述第二整合时间和所述第三整合时间不同的第四整合时间期间生成第四电荷。优选地，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管沿对角线相对。优选地，所述光电二极管的阵列还包括附加的3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括附加组的四个非相邻光电二极管，其中所述滤色片阵列还包括形成于所述附加组的四个非相邻光电二极管上方的附加组的四个滤色片元件，其中所述附加组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射所述给定波长带的光，其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的所述光电二极管中的每一者耦合至附加的共用浮动扩散节点，其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的第三光电二极管被配置成在所述第一整合时间期间生成第三电荷，其中所述附加组的四个非相
邻光电二极管中的第四光电二极管被配置成在所述第二整合时间期间生成第四电荷，其中所述第三和第四光电二极管沿对角线相对，其中所述第一光电二极管和所述第四光电二极管形成于所述光电二极管的阵列的第一行中，并且其中所述第二光电二极管和所述第三光电二极管形成于所述光电二极管的阵列的第二行中。优选地，所述组的四个非相邻光电二极管中的第一光电二极管和第二光电二极管通过相应的第一电荷传输门和第二电荷传输门耦合至所述共用浮动扩散节点，其中所述第一电荷传输门被配置成将第一电荷从所述第一光电二极管传输到所述共用浮动扩散节点，并且所述第二电荷传输门被配置成将第二电荷从所述第二光电二极管传输到所述共用浮动扩散节点，所述成像系统还包括：耦合至所述阵列的读出电路，其中所述读出电路可按低分辨率模式和高分辨率模式操作，在所述低分辨率模式中，所述读出电路读出与来自所述共用电荷浮动扩散节点的所述第一电荷和所述第二电荷总和相对应的图像信号，而在所述高分辨率模式中，所述读出电路读出与来自所述共用浮动扩散节点的所述第一电荷和所述第二电荷中的给定一者相对应的图像信号。优选地，所述成像系统还包括电荷存储区域，所述电荷存储区域通过双转换增益门耦合至所述共用浮动扩散节点。优选地，所述成像系统还包括耦合至所述阵列的控制电路，其中所述控制电路被配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：被布置成行和列的光电二极管的阵列，其中所述阵列包括3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括一组四个非相邻光电二极管；滤色片阵列，其中所述滤色片阵列包括形成于所述组的四个非相邻光电二极管上方的一组四个滤色片元件，其中所述组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射给定波长带的光；以及共用浮动扩散节点，其中所述组的四个非相邻光电二极管中的一对所述光电二极管形成于所述阵列的共同行中，并且耦合至所述共用浮动扩散节点。

【技术特征摘要】
2015.05.27 US 14/723,2331.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：被布置成行和列的光电二极管的阵列，其中所述阵列包括3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括一组四个非相邻光电二极管；滤色片阵列，其中所述滤色片阵列包括形成于所述组的四个非相邻光电二极管上方的一组四个滤色片元件，其中所述组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射给定波长带的光；以及共用浮动扩散节点，其中所述组的四个非相邻光电二极管中的一对所述光电二极管形成于所述阵列的共同行中，并且耦合至所述共用浮动扩散节点。2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述组的四个非相邻光电二极管中的所述光电二极管中的每一者耦合至所述共用浮动扩散节点。3.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述光电二极管的阵列还包括附加的3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括附加组的四个非相邻光电二极管，其中所述滤色片阵列还包括形成于所述附加组的四个非相邻光电二极管上方的附加组的四个滤色片元件，其中所述附加组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射给定波长带的光，并且其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的所述光电二极管中的每一者耦合至所述共用浮动扩散节点。4.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述3个光电二极管×3个光电二极管区域为第一3个光电二极管×3个光电二极管区域，其中所述光电二极管的阵列还包括附加的3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括附加组的四个非相邻光电二极管，其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的至少两个光电二极管也包括在所述第一3个光电二极管×3个光电二极管区域中，其中所述滤色片阵列还包括形成于所述附加组的四个非相邻光电二极管上方的附加组的四个滤色片元件，其中所述附加组的四个滤色片元件中的各个滤
\t色片元件被配置成透射与所述给定波长带不同的附加波长带的光，并且其中所述第二组四个非相邻光电二极管中的各个光电二极管耦合至所述共用浮动扩散节点。5.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述组的四个非相邻光电二极管中的第一光电二极管被配置成在第一整合时间期间生成第一电荷，并且其中所述组的四个非相邻光电二极管中的第二光电二极管被配置成在与所述第一整合时间不同的第二整合时间期间生成第二电荷。6.根据权利要求5所述的成像系统，其特征在于，所述组的四个非相邻光电二极管中的第三光电二极管被配置成在与所述第一整合时间和所述第二整合时间不同的第三整合时间期间生成第三电荷。7.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，所述组的四个非相邻光电二极管中的第四光电二极管被配置成在与所述第一整合时间、所述第二整合时间和所述第三整合时间不同的第四整合时间期间生成第四电荷。8.根据权利要求5所述的成像系统，其特征在于，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管沿对角线相对。9.根据权利要求8所述的成像系统，其特征在于，所述光电二极管的阵列还包括附加的3个光电二极管×3个光电二极管区域，所述区域包括附加组的四个非相邻光电二极管，其中所述滤色片阵列还包括形成于所述附加组的四个非相邻光电二极管上方的附加组的四个滤色片元件，其中所述附加组的四个滤色片元件中的每个滤色片元件被配置成透射所述给定波长带的光，其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的所述光电二极管中的每一者耦合至附加的共用浮动扩散节点，其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的第三光电二极管被配置成在所述第一整合时间期间生成第三电荷，其中所述附加组的四个非相邻光电二极管中的第四光电二极管被配置成在所述第二整合时间期间生成第四电荷，其中所述第三和第四光电二极管沿对角线相对，其中所述第一光电二极管和所述第四光电二极管形成于所述光电二极管的阵列的第一行中，并且其中所述第二光电二极管和所述第三光电二极管形成于所述光电二极管的阵列的第二行中。10.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述组的四个非相邻光电二极管中的第一光电二极管和第二光电二极管通过相应的第一电荷传输门和第二电荷传输门耦合至所述共用浮动扩散节点，其中所述第一电荷传输门被配置成将第一电荷从所述第一光电二极管传输到所述共用浮动扩散节点，并且所述第二电荷传输门被配置成将第二电荷从所述第二光电二极管传输到所述共用浮动扩散节点，所述成像系统还包括：耦合至所述阵列的读出电路，其中所述读出电路可按低分辨率模式和高分辨率模式操作，在所述低分辨率模式中，所述读出电路读出与来自所述共用电荷浮动扩散节点的所述第一电荷和所述第二电荷总和相对应的图像信号，而在所述高分辨率模式中，所述读出电路读出与来自所述共用浮动扩散节点的所述第一电荷和所述第二电荷中的给定一者相对应的图像信号。11.根据权利要求10所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括：电荷存储区域，所述电荷存储区域通过双转换增益门耦合至所述共用浮动扩散...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·莫里兹森，M·米利纳尔，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US