一种图像传感器和一种用于读出像素信号的方法技术

一种图像传感器(100)，包括：用于检测入射在像素上的光的像素(110)的阵列，其中阵列中的每个像素(110)包括光电探测器(112)和像素内相关双采样CDS电路系统(114)以便输出表示光积分信号和复位信号之差的CDS信号；沿着阵列中的像素(110)的列延伸并与该列相关联的列线(130)，沿着像素(110)的列延伸并与该列相关联的压降校正线(134)，其中该压降校正线(134)被配置成向像素(110)提供校正电压信号使得校正电压信号被加到CDS信号以形成由列线(130)接收的像素信号并且对通过列线(130)读出的像素信号的压降进行校正。

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器和一种用于读出像素信号的方法
本专利技术概念涉及一种图像传感器。特别地，本专利技术概念涉及一种使用像素内相关双采样的图像传感器和一种用于从此类像素读出像素信号的方法。背景相关双采样(CDS)是在图像传感器中用于降低像素噪声的技术。通常在读出中被实现的CDS需要对复位电压和信号电压两者进行采样。这两个电压然后在模拟域(模拟CDS)中相减，或首先由模数转换器转换并然后在数字域(数字CDS)中相减。结果，使用对两个电压进行采样的此类降噪技术意味着获取像素值与对像素电压进行双读取相关联，使得获取像素值的速度降低了2倍。这对于高速传感器而言可能非常关键。为了避免速度降低，CDS可在像素内被实现，并且通过像素电压的单次读取在像素的输出处提供信号电压和复位电压之差。当CDS以列电平(模拟CDS)或在模数转换(数字CDS)之后被完成时，由像素阵列引起的固定模式噪声(FPN)被移除。然而，在使用像素内CDS时，在读出像素信号中可能会存在未被移除的剩余的FPN。因此，期望进一步改善使用像素内CDS的图像传感器中的FPN处置。概述因此，本专利技术概念的目标是提供一种使用像素内CDS的图像传感器，其被配置成在读出信号中生成低噪声水平。本专利技术概念的这一目标和其他目标至少部分地由独立权利要求中所定义的专利技术来实现。在从属权利要求中陈述了各优选实施例。根据第一方面，提供一种图像传感器，包括：用于检测入射在像素上的光的像素的阵列，其中阵列中的每个像素包括光电探测器和像素内相关双采样(CDS)电路系统，光电探测器用于生成对应于入射在光电探测器上的光量的光积分信号，而像素内相关双采样CDS电路系统被连接到光电探测器并被配置成输出表示光积分信号和复位信号之差的CDS信号；沿着阵列中的像素的列延伸并与该列相关联的列线，该列线被配置成选择性地从该列中的像素接收像素信号，以便读出指示入射到像素的光电探测器上的光量的值；沿着像素的列延伸并与该列相关联的压降校正线，其中压降校正线被配置成向该列中的像素提供校正电压信号使得校正电压信号被加到CDS信号以形成由列线接收到的来自像素的像素信号并且对通过列线读出的像素信号的压降进行校正。本专利技术的一个洞察是，在像素中执行的CDS将不考虑由源跟随器偏置电流跨像素列生成的压降，该压降是由于列线的电阻引起的。由于通过共享的列线读出像素值，因此将存在影响由列线接收的像素信号的压降，并且该压降根据像素在列中的位置而变化。因此，压降可能导致垂直梯度，这可以被看做是图像的阴影。这一压降对于具有大像素阵列(并因此具有长列线)的图像传感器以及高速图像传感器来说可能是至关重要的，它们可能需要使用高偏置电流以应对严格的稳定要求。在本专利技术中，图像传感器被设有压降校正线，除了列线之外，该压降校正线沿着像素的列延伸。可通过压降校正线向像素提供校正电压信号，使得由于列线中的压降引起的信号值方面的损失可以通过向CDS信号添加相应的校正电压来补偿以输出像素信号。因此，图像传感器可被配置成提供具有减小的固定模式噪声(FPN)的像素信号的读出，因为由于沿着列线的压降导致的任何FPN在读出信号中都得到了补偿。这意味着移除或减少FPN所需的后处理图像信息可能会被消除或减少。此外，FPN提供信号的偏移，这可能会影响可由模数转换器处置的最大信号。因此，通过减少或消除FPN，图像传感器的动态范围可被改善。由于压降校正线以与列线类似的方式沿着像素延伸，所以压降校正线可能能够为列中的所有像素提供压降的补偿。因此，单个压降校正线可被列中的所有像素使用。根据一个实施例，每个像素包括存储电容器，其被连接到CDS电路系统并被配置成存储CDS信号。因此，像素可被配置成将CDS信号存储在像素内。这可有助于在要从像素读出像素信号时添加校正电压信号。根据一个实施例，每个像素进一步包括采样开关晶体管，其被配置成选择性地将存储电容器的板连接到接地。采样开关晶体管可使得能够控制到存储电容器的连接。因此，采样开关晶体管可控制存储电容器的板与接地的连接，这可能是将CDS信号存储在存储电容器上所需的。然而，由于采样开关晶体管，存储电容器的板也可以与接地断开，这可能被需要以便能够通过校正电压信号进行补偿。根据一个实施例，采样开关晶体管被连接到采样控制线以便接收采样控制信号来激活采样开关晶体管，并且在入射在光电探测器上的光的积分期间将存储电容器连接到接地以便存储CDS信号。因此，采样控制线可提供对采样开关晶体管的控制，以便设置存储电容器的板何时被连接到接地的定时。采样控制信号可确保在入射到光电探测器上的光的积分期间，存储电容器被连接到接地。根据一个实施例，每个像素进一步包括读出开关晶体管，其被配置成选择性地将存储电容器的板连接到压降校正线。读出开关晶体管可使得能够控制到存储电容器的连接。因此，读出开关晶体管可控制存储电容器的板到压降校正线的连接，使得压降校正线上的信号可被加到存储在存储电容器上的信号。然而，由于读出开关晶体管，存储电容器的板也可以与压降校正线断开，这可能在入射在光电探测器上的光的积分期间被需要。经由读出开关晶体管将压降校正线连接到存储电容器确保了简单的电路系统(具有很少的组件)能够提供校正电压信号。根据一个实施例，读出开关晶体管被连接到读出控制线以便接收读出控制信号来激活读出开关晶体管，并在读出像素信号期间将存储电容器连接到压降校正线以便将校正电压信号加到CDS信号。因此，读出控制线可提供对读出开关晶体管的控制，以便设置存储电容器的板何时被连接到压降校正线的定时。当要读出像素信号时，读出控制信号可确保存储电容器被连接到压降校正线，使得校正电压信号被加到CDS信号以形成被读出的像素信号。根据一个实施例，列线和压降校正线被形成为沿着像素的列的相同的线。这意味着列线和压降校正线可具有相同的特性，使得可能会在这两条线上生成类似的垂直梯度。这可有助于校正压降，因为压降校正线可向列中的每个像素提供校正电压信号，该校正电压信号对应于在读出像素信号期间来自像素的像素信号所暴露于的压降。根据一个实施例，列线与用于在列线上提供偏置电流的列线电流源相关联，并且压降校正线与用于在压降校正线上提供偏置电流的压降校正电流源相关联。因此，图像传感器可为列线和压降校正线中的每一者提供电流源。电流源可被控制以提供偏置电流，使得类似的压降沿着线发生以便校正像素信号所暴露于的压降。当列线和压降校正线相同时，电流源可在列线和压降校正线上提供相等的偏置电流。根据一个实施例，列线电流源和压降校正电流源被配置成在列线和压降校正线上提供相等的偏置电流。这可以是压降校正的简单实现，因为偏置电流的单个电流电平可被用于列线和压降校正线两者。当列线和压降校正线相同时，使用相等的偏置电流可确保校正电压信号等于像素信号所暴露于的压降。根据一个实施例，压降校正电流源被配置成被控制以提供比由列线电流源提供的偏置电流大的偏置电流，其中压降校正电流源基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器(100)，包括：/n用于检测入射在像素上的光的像素(110)的阵列，/n其中所述阵列中的每个像素(110)包括光电探测器(112)和像素内相关双采样CDS电路系统(114)，所述光电探测器(112)用于生成对应于入射在所述光电探测器(112)上的光量的光积分信号，而所述像素内相关双采样CDS电路系统(114)被连接到所述光电探测器(112)并被配置成输出表示所述光积分信号和复位信号之差的CDS信号；/n沿着所述阵列中的像素(110)的列延伸并与该列相关联的列线(130)，所述列线(130)被配置成选择性地从所述列中的像素(110)接收像素信号，以便读出指示入射到所述像素(110)的所述光电探测器上的光量的值；/n沿着所述像素(110)的列延伸并与该列相关联的压降校正线(134)，其中所述压降校正线(134)被配置成向所述列中的像素(110)提供校正电压信号使得所述校正电压信号被加到所述CDS信号以形成由所述列线(130)接收到的来自所述像素(110)的所述像素信号并且对通过所述列线(130)读出的像素信号的压降进行校正。/n

【技术特征摘要】
20180711 EP 18182903.71.一种图像传感器(100)，包括：
用于检测入射在像素上的光的像素(110)的阵列，
其中所述阵列中的每个像素(110)包括光电探测器(112)和像素内相关双采样CDS电路系统(114)，所述光电探测器(112)用于生成对应于入射在所述光电探测器(112)上的光量的光积分信号，而所述像素内相关双采样CDS电路系统(114)被连接到所述光电探测器(112)并被配置成输出表示所述光积分信号和复位信号之差的CDS信号；
沿着所述阵列中的像素(110)的列延伸并与该列相关联的列线(130)，所述列线(130)被配置成选择性地从所述列中的像素(110)接收像素信号，以便读出指示入射到所述像素(110)的所述光电探测器上的光量的值；
沿着所述像素(110)的列延伸并与该列相关联的压降校正线(134)，其中所述压降校正线(134)被配置成向所述列中的像素(110)提供校正电压信号使得所述校正电压信号被加到所述CDS信号以形成由所述列线(130)接收到的来自所述像素(110)的所述像素信号并且对通过所述列线(130)读出的像素信号的压降进行校正。


2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个像素(110)包括存储电容器(116)，所述存储电容器(116)被连接到所述CDS电路系统(114)并被配置成存储所述CDS信号。


3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，每个像素(110)进一步包括采样开关晶体管(122)，所述采样开关晶体管(122)被配置成选择性地将所述存储电容器(116)的板连接到接地。


4.如权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述采样开关晶体管(122)被连接到采样控制线以便接收采样控制信号来激活所述采样开关晶体管(122)，并且在入射在所述光电探测器上的光的积分期间将所述存储电容器(116)连接到接地以便存储所述CDS信号。


5.如权利要求2-4中任一项所述的图像传感器，其特征在于，每个像素(110)进一步包括读出开关晶体管(124)，所述读出开关晶体管(124)被配置成选择性地将所述存储电容器(116)的板连接到所述压降校正线(134)。


6.如权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述读出开关晶体管(124)被连接到读出控制线以便接收读出控制信号来激活所述读出开关晶体管(124)，并在读出所述像素信号期间将所述存储电容器(116)连接到所述压降校正线(134)以便将所述校正电压信号加到所述CDS信号。


7.如前述权利要求中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述列线(130)和所述压降校正线(134)被形成为沿着所述像素(110)的列的相同的线...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯帕尼奥洛，J·博瑞曼斯，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时;BE