【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及像素装置、图像传感器和操作像素装置的方法。
技术介绍
1、cmos图像传感器用于广泛的应用中，例如用于相机模块和智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。对于一些应用，需要例如85db以上的高动态范围(hdr)。动态范围(dr)一方面受限于低光照条件下的噪底，另一方面受限于高光照条件下的饱和效应。此外，这种图像传感器所包含的像素的尺寸必须保持较小。
技术实现思路
1、要实现的目的是提供一种具有高动态范围的像素装置，以及一种操作该像素装置的方法。要实现的另一个目的是提供一种包括具有高动态范围的像素装置的图像传感器。
2、这些目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求中描述了进一步的扩展和实施例。
3、在此处和下文中，术语“像素”和“像素装置”是指光接收元件，其可与其他像素一起排列成二维阵列，也称为矩阵。阵列中的像素按行和列排列。术语“行”和“列”可以互换使用，因为它们仅取决于像素阵列的方向。像素还可以包括用于控制去往和来自像素的信号的电路。因此，像素可以形成所谓的有效(active)像素。像素可以接收任意波长范围内的光。术语“光”通常可以指电磁辐射，例如包括红外(ir)辐射、紫外(uv)辐射和可见光(vis)。
4、在一个实施例中，像素装置包括光电检测器，被配置为通过转换电磁辐射来累积电荷载流子。像素装置可以形成全局快门像素，特别是电压域全局快门像素，缩写为vgs像素。该像素也可能形成滚动快门像素。光电检测器尤其可以是光电二极管或钉扎光电二极管
5、在一个实施例中，像素装置包括电连接至光电检测器的转移晶体管。在一个实施例中，像素装置包括电耦合到转移晶体管的扩散节点。转移晶体管形成开关。转移晶体管的第一端子连接到光电检测器，转移晶体管的第二端子连接到扩散节点。通过向转移晶体管的栅极施加转移信号，电荷载流子可以从光电检测器向扩散节点扩散。扩散节点可以是浮动扩散节点，缩写为fd节点。fd节点可以包括用于临时储存电荷载流子的电容。在下文中，术语fd节点和扩散节点同义使用。
6、在一个实施例中，像素装置包括电耦合至扩散节点和像素电源电压的复位晶体管。提供复位晶体管用于复位fd节点。复位晶体管形成开关。复位晶体管的第一端子连接到像素电源电压，第二端子耦合到fd节点。通过向复位晶体管的栅极施加复位信号，任何冗余电荷载流子都被排到像素电源。
7、在一个实施例中，像素装置包括采样保持级，采样保持级至少包括第一电容器和第二电容器。采样保持级的输入经由放大器电耦合到扩散节点。采样保持级可以缩写为s/h级。第一和第二电容器可以被称为s/h电容器。放大器可以包含在s/h级中。放大器可以形成为共漏极放大器，也称为源极跟随器。源极跟随器的栅极端连接到fd节点，并用作放大器的输入端。公共端可以连接到电源电压。基于fd节点处的电荷信号，在放大器的输出端产生放大信号。放大器可以用作电压缓冲器。放大器可经配置以缓冲信号，因此将fd节点与额外像素组件去耦合。电容器通过开关晶体管电耦合到放大器的输出端。电容器可以具有相同或相似的电容。
8、在一个实施例中，转移晶体管被配置为被脉冲推动至不同的电压电平，用于将部分累积电荷载流子转移到扩散节点。不同的电压电平可以是部分电压电平。因此，可以修改或调制光电检测器和扩散节点之间的势垒。因此，像素装置可以用于势垒调制。根据势垒，累积电荷载流子的一部分可以克服势垒并可以转移到扩散节点。
9、在一个实施例中，至少第二电容器被配置为储存代表累积电荷载流子的第一部分的低转换增益信号。低转换增益信号可以被称为lcg信号。lcg信号可以储存在第二电容器上，或者在第一和第二电容器两者上重新分配。lcg信号指的是以低增益产生的信号。这可能意味着该信号仅基于累积电荷载流子的一部分，特别是第一部分。这也意味着lcg信号被附加地衰减。
10、在一个实施例中，第一电容器被配置为储存代表累积电荷载流子的剩余部分的高转换增益信号。高转换增益信号可以被称为hcg信号。hcg信号储存在第一电容器上。hcg信号是指以高增益产生的信号。这可能意味着信号是基于累积电荷载流子的剩余部分，这可能是主要部分。这也意味着hcg信号被附加地放大。
11、像素装置势垒利用传输门的势垒调制。通过势垒调制，可以增加像素装置的动态范围。此外，只需要两个电容器来实现像素装置的这一功能。这允许像素装置具有小的面积。
12、在一个实施例中，像素装置包括被配置为通过转换电磁辐射来累积电荷载流子的光电检测器，电耦合到光电检测器的转移晶体管，电耦合到转移晶体管的扩散节点，电耦合到扩散节点和像素电源电压的复位晶体管，包括至少第一电容器和第二电容器的采样保持级，采样保持级的输入通过放大器电耦合到扩散节点，其中，所述转移晶体管被配置为被脉冲推动至不同的电压电平，以将累积电荷载流子的一部分转移到所述扩散节点，至少所述第二电容器被配置为储存代表累积电荷载流子的第一部分的低转换增益信号，并且其中所述第一电容器被配置为储存代表累积电荷载流子的剩余部分的高转换增益信号。
13、在一个实施例中，低转换增益信号和高转换增益信号包括公共的噪声电平。公共噪声电平可能特别包括热噪声和复位噪声。因此，lcg信号可以用作hcg信号的参考电平。这意味着可以通过相关双采样cds来访问hcg。由于hcg信号在低光条件下使用，热噪声是一个相关参数。在这种情况下，lcg信号可以仅包括噪声而没有任何视频信息。hcg信号可以等于lcg信号加上附加视频信号，其中附加视频信号可以代表没有噪声的纯视频信号。因此，hcg信号的噪声与lcg信号的噪声相关。cds可以有效抑制热噪声和复位噪声。执行cds可能意味着从hcg信号中减去lcg信号。在高光条件下，lcg被进一步处理。这里，热噪声不太相关，因为在高照度下光子散粒噪声占主导地位。这里，双增量采样(doubledelta sampling)dds就足够了。可以基于各自的幅度电平来确定是使用lcg信号还是hcg信号进行进一步处理。
14、在一个实施例中，高转换增益信号指示调节依赖于像素特定拐点值的像素输出信号的校准电平。因此，可以基于lcg信号和hcg信号来调节像素输出信号，lcg信号和hcg信号依赖于基于校准电平确定的像素特定拐点值。知道势垒调制的电压电平和hcg信号，可以推断出关于势垒的信息。因此，hcg信号可以用作lcg信号的校准电平。这可能意味着校准电平等于hcg信号。
15、在一个实施例中，像素装置还包括双转换增益晶体管和双转换增益电容器。双转换增益晶体管将扩散节点连接到双转换增益电容器的端子节点，并且复位晶体管经由所述端子节点和双转换增益晶体管电耦合到扩散节点。双转换增益可缩写为dcg。dcg电容器在下文中也可以被称为第三电容器。dcg晶体管在下文中可以被称为耦合晶体管。借助于dcg晶体管和dcg电容器，可以调节lcg本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种像素装置(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的像素装置(10)，
3.根据权利要求1至2之一所述的像素装置(10)，进一步包括
4.根据权利要求1至3之一所述的像素装置(10)，进一步包括
5.根据权利要求1至4之一所述的像素装置(10)，
6.根据权利要求1至5之一所述的像素装置(10)，
7.根据权利要求1至6之一所述的像素装置(10)，进一步包括
8.一种图像传感器(200)，包括根据权利要求1至7之一所述的像素布置(10)。
9.一种操作像素装置(10)的方法，该方法包括：
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
11.根据权利要求10所述的方法，
12.根据权利要求9至10之一所述的方法，
13.根据权利要求9至12之一所述的方法，
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括
15.根据权利要求9至14之一所述的方法，
16.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种像素装置(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的像素装置(10)，
3.根据权利要求1至2之一所述的像素装置(10)，进一步包括
4.根据权利要求1至3之一所述的像素装置(10)，进一步包括
5.根据权利要求1至4之一所述的像素装置(10)，
6.根据权利要求1至5之一所述的像素装置(10)，
7.根据权利要求1至6之一所述的像素装置(10)，进一步包括
8.一种图像传感器(200)，包括根据权利要求1至7之一所述的像素布置(10)。
9.一种操作像素装置(10)的方法，该方法包括：
1...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·劳埃德，A·查科尼，S·约翰逊，
申请(专利权)人：艾迈斯传感器美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。