图像传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种图像传感器，该图像传感器可以包括由行控制电路控制的像素阵列。每个像素可以包括用于生成图像信号的光电二极管，以及耦接到浮动扩散区并被配置成生成并存储寄生光噪声电平信号的电荷存储结构。可以使用共享或单独的读出电路以相同读出周期来读出图像信号和寄生光噪声电平信号。处理电路可以基于寄生光噪声电平信号选择性地处理图像信号以生成具有减小的噪声的图像信号。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器
本专利技术整体涉及成像系统，更具体地涉及具有全局快门功能的成像系统，尤其涉及图像传感器。
技术介绍
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像器(即，图像传感器)常常包括图像感测像素的二维阵列。每个像素通常包括光传感器，诸如光电二极管，所述光传感器接收入射光子(入射光)并把光子转变为电信号。常规图像传感器是通过使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦接器件(CCD)技术在半导体衬底上制造而成。在CMOS图像传感器中，可使用卷帘快门或全局快门。在具有全局快门的CMOS图像传感器中，存储节点区通常被并入每个像素以存储来自光电二极管的电荷以进行读出。此外，没有独立电荷存储区的全局快门像素可以使用浮动扩散以用于电荷存储。存储区可收集破坏光来自电二极管的电荷的不期望杂散光。这可增加像素中的噪声(例如，增加浮动扩散区处的对寄生光的灵敏度并降低全局快门效率)，由此降低图像质量。因此，可能期望的是能够提供改善的具有全局快门功能的图像传感器。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供了一种图像传感器，包括：图像像素的阵列，其中所述阵列中的图像像素包括经由第一路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成图像电平信号的光敏元件，以及经由第二路径耦接到所述浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构，其中所述第一路径与所述第二路径分开；以及控制电路，所述控制电路可操作以对所述图像电平信号执行读出操作并且对所述寄生光噪声电平信号执行读出操作。本专利技术的另一方面提供了一种图像传感器，包括：布置成行和列的图像像素，其中所述图像像素中的每个图像像素包括经由第一路径耦接到读出电路并且可操作以生成图像信号的光敏元件，以及经由第二路径耦接到所述读出电路并且可操作以生成寄生光信号的电荷存储结构，其中所述第一路径与所述第二路径分开；以及控制电路，所述控制电路可操作以断言针对所述图像像素的第一全局控制信号以便开始生成所述图像信号，控制所述图像像素以开始生成所述寄生光信号，并且以逐行方式对多组的所述图像信号和所述寄生光信号执行读出操作，每组对应于所述行中的一行的所述图像信号和所述寄生光信号。本专利技术的又一方面提供了一种图像传感器，包括：图像像素的阵列，其中所述阵列中的图像像素包括耦接到浮动扩散区并且可操作以生成图像电平信号的光敏元件，耦接到所述浮动扩散区并且可操作以生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构，以及插置在所述光敏元件和所述浮动扩散区之间的附加电荷存储结构；以及控制电路，所述控制电路可操作以在所述阵列上断言控制信号以便开始生成所述图像电平信号并开始生成所述寄生光噪声电平信号，并且在所述阵列上以逐行方式对所述图像电平信号和所述寄生光噪声电平信号执行读出操作。附图说明图1是根据一些实施方案的例示性成像系统的示意图，该成像系统可以包括具有可在全局快门模式下操作的图像像素的图像传感器。图2是根据一些实施方案的例示性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关联读出电路的示意图。图3是根据实施方案的可在全局快门模式下操作的例示性图像像素的示意图。图4是根据一些实施方案的具有电荷存储区的例示性图像像素的示意图，该电荷存储区存储寄生光参考电压，也称为噪声。图5A和图5B是根据一些实施方案的用于以全局快门模式操作图4所示类型的图像像素的例示性时序图。图6是根据一些实施方案的具有电荷存储区的例示性图像像素的示意图，该电荷存储区存储噪声参考电压并且耦接到附加存储区。图7是根据一些实施方案的用于以全局快门模式操作图6所示类型的图像像素的例示性时序图。图8是根据一些实施方案的具有电荷存储区的例示性图像像素的示意图，该电荷存储区存储噪声参考电压并且耦接到浮动扩散区。图9是根据一些实施方案的用于以全局快门模式操作图8所示类型的图像像素的例示性时序图。具体实施方式电子设备中的图像传感器，诸如数码相机、计算机、蜂窝电话和其他电子设备中的图像传感器，用于聚集传入的图像光以拍摄图像。图像传感器可包括成像像素的阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如光电二极管，用于把传入的图像光转换为图像信号。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路，诸如用于操作成像像素的电路，以及用于读出光敏元件生成的电荷对应的图像信号的读出电路。图1为例示性成像系统的示意图，该成像系统使用具有全局快门功能的图像传感器。图1的成像系统10可为便携式电子设备(诸如相机、蜂窝电话、摄像机或采集数字图像数据的其他成像设备)。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应图像传感器16。图像传感器16可为具有图像像素30的阵列的图像传感器集成电路管芯。图像像素30可各自包括用于控制何时在图像像素上获取电荷的快门元件。在图像拍摄操作期间，镜头14可将来自场景的光聚焦于图像传感器16中的图像像素阵列上。图像传感器16可将对应的数字图像数据提供给控制电路，诸如存储和处理电路18。电路18可包括一个或多个集成电路(如，图像处理电路、微处理器、存储设备诸如随机存取存储器和非易失性存储器等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的部件(如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关的模块12内集成电路的一部分的电路)来实现。还可使用处理电路18进一步处理和/或存储已被相机模块12捕获的图像数据。如果需要，已处理图像数据可使用耦接至处理电路18的有线和/或无线通信路径提供给外部设备(如，计算机或其他设备)。处理电路18可用于控制图像传感器16的操作。如图2所示，图像传感器16可包括含有被布置成行和列的图像传感器像素30(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列19以及控制和处理电路23。阵列19可包含例如数百或数千行以及数百或数千列的图像传感器像素30。控制电路23可耦接到行控制电路25和图像读出电路27(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路25可从控制电路23接收行地址，并且通过行控制路径29将对应的行控制信号，诸如复位控制信号、行选择控制信号、电荷转移控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素30。可将一根或多根导线(诸如，列线31)耦接到阵列19中的像素30的每一列。列线31可用于从像素30读出图像信号以及用于将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)提供给像素30。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路25选择阵列19中的像素行，并且可沿列线31读出由该像素行中的图像像素30生成的图像信号。图像读出电路27可以通过列线31接收图像信号(例如，由像素30生成的模拟像素值)。图像读出电路27可包括用于对从阵列19读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：/n图像像素的阵列，其中所述阵列中的图像像素包括经由第一路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成图像电平信号的光敏元件，以及经由第二路径耦接到所述浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构，其中所述第一路径与所述第二路径分开；和/n控制电路，所述控制电路可操作以对所述图像电平信号执行读出操作并且对所述寄生光噪声电平信号执行读出操作。/n

【技术特征摘要】
20190201 US 62/799,988;20190412 US 16/383,2301.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
图像像素的阵列，其中所述阵列中的图像像素包括经由第一路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成图像电平信号的光敏元件，以及经由第二路径耦接到所述浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构，其中所述第一路径与所述第二路径分开；和
控制电路，所述控制电路可操作以对所述图像电平信号执行读出操作并且对所述寄生光噪声电平信号执行读出操作。


2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：
处理电路，所述处理电路可操作以基于所述寄生光噪声电平信号是否大于阈值电平或者基于所述图像电平信号是否小于阈值电平来选择性地执行减法操作，其中所述处理电路可操作以从所述图像电平信号中减去所述寄生光噪声电平信号的修改版本以便生成用于形成图像帧的减小的噪声信号。


3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述电荷存储结构包括经由第一晶体管耦接到所述浮动扩散区的存储二极管，所述浮动扩散区经由第二晶体管耦接到电源端子，所述存储二极管从所述电源端子脱离，并且所述存储二极管可操作以在低转换增益操作模式下存储低转换增益信号。


4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述电荷存储结构包括经由第一晶体管耦接到所述浮动扩散区的存储二极管，所述浮动扩散区经由第二晶体管耦接到电源端子，所述存储二极管从所述电源端子脱离，并且所述图像像素包括插置在所述光敏元件和所述浮动扩散区之间的附加电荷存储结构。


5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述控制电路可操作以基于所述图像电平信号和所述寄生光噪声电平信号之间的比较来执行运动检测。


6.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
布置成行和列的图像像素，其中所述图像像素中的每个图像像素包括经由第一路径耦接到读出电路并且可操作以生成图像信号的光敏元件，以及经由第二路径耦接到所述读出电路并且可操作以生成寄生光信号的电荷存储结构，其中所述第一路径与所述第二路径分开；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·约翰森，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US