图像传感器和成像系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种图像传感器和成像系统。图像传感器像素可以包括光电二极管、浮动扩散部和转移门。列读出电路经由列线耦接到图像传感器像素。图像传感器像素可以具有经由电容器电容耦接到列线的像素输出路径。图像传感器像素处的电容器的输入端子可以耦接到预充电晶体管。预充电晶体管可以将电容器的输入端子连接到接地电压。在读出操作期间，可以在激活行选择晶体管以读出重置或图像电平信号之前激活预充电晶体管。通过将图像传感器像素电容耦接到列线，可以改善诸如信号读出速度的像素信号读出操作并同时可以减小像素功率。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器和成像系统
本技术整体涉及图像传感器和成像系统，并且更具体地讲，涉及成像设备中的图像像素和读出电路。
技术介绍
图像传感器常常在电子设备，诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型的布置中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。图像像素各自包含用于响应于光(例如，通过光电转换)生成电荷的光电二极管。常常将电路耦接到每个像素列以使用对应列线来读出来自图像像素的信号。一般来讲，每个像素列中的图像像素直接耦接到列线。然而，在列线较长并且每个列线耦接到大量像素的大像素阵列中，图像读出速度受到列线的寄生电阻和电容的限制。这些不期望的寄生特性随着增加的阵列尺寸而缩放，并越来越限制图像读出速度。因此，期望提供具有改善的图像读出速度的成像系统。
技术实现思路
根据一方面，一种图像传感器包括：图像像素，所述图像像素具有行选择晶体管，所述行选择晶体管在所述图像像素的信号读出操作期间被激活；读出电路；和信号线，所述信号线将所述图像像素耦接到所述读出电路，其中，所述行选择晶体管电容耦接到所述信号线。根据另一方面，一种成像系统包括：多个图像像素，所述多个图像像素布置在像素列中，其中，所述多个图像像素中的每个图像像素具有像素输出路径；和列线，所述列线将所述多个图像像素耦接到列电路，其中，所述多个图像像素中的每个像素输出路径电容耦接到所述列线。附图说明图1是根据一些实施方案的示例性电子设备的示意图，该电子设备具有用于使用像素阵列来捕获图像的图像传感器和处理电路。图2是根据一些实施方案的示例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是根据一些实施方案的电容耦接到列线的示例性图像传感器像素的示意图。图4是根据一些实施方案的具有耦接到列线的采样和保持电路的示例性列读出电路的示意图。图5是根据一些实施方案的用于操作电容耦接到列线的示例性像素的时序图。图6是根据一些实施方案的采用图1至图5的实施方案的示例性图像捕获和处理器系统的框图。具体实施方式电子设备诸如数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换成图像信号的光电二极管。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。典型的图像传感器可例如具有数百、或数千或数百万的像素(例如，百万像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如，用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件所生成的电荷相对应。图1为示例性成像系统(诸如，电子设备)的示意图，该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备，诸如相机、蜂窝电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、机动车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统或者捕获数字图像数据的任何其他所需的成像系统或设备。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。透镜14可包括固定透镜和/或可调透镜，并且可包括形成于图像传感器16的成像表面上的微透镜。在图像捕获操作期间，可通过透镜14将来自场景的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素数据转换成要提供给存储和处理电路18的对应的数字图像数据的电路。如果需要，相机模块12可设置有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。存储和处理电路18可包括一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，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(例如，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内的集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12捕获的图像数据(例如，使用处理电路18上的图像处理引擎、使用处理电路18上的成像模式选择引擎等)。可根据需要使用耦接到处理电路18的有线通信路径和/或无线通信路径将处理后的图像数据提供给外部设备(例如，计算机、外部显示器或其他设备)。如图2所示，图像传感器16可包括像素阵列20以及控制和处理电路44(该控制和处理电路可包括，例如图像信号处理电路)，该像素阵列包含被布置成行和列的图像传感器像素30(有时在本文中称为图像像素或像素)。阵列20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44可耦接到行控制电路46(本文中有时称为行解码器电路或行电路)和列读出电路48(本文中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46可从控制电路44接收行地址，并且通过行控制线50将对应的行控制信号，诸如重置控制信号、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42)耦接到阵列20中的像素30的每一列。列线42可用于从像素30读出图像信号以及用于将偏压信号(例如，偏压电流或偏压电压)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46选择阵列20中的像素行，并且可沿列线42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48可以通过列线42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48可包括用于对从阵列20读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样和保持电路、放大器电路、模数转换(ADC)电路、偏压电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的锁存电路、或耦接到阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素30以及用于从像素30读出图像信号的其他电路。读出电路48中的ADC电路可将从阵列20接收的模拟像素值转换成对应数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路48可针对一个或多个像素列中的像素将数字像素数据提供给控制和处理电路44和/或处理器18(图1)。如果需要，可在阵列20中的光敏区上方形成滤色器阵列，使得在相关联的像素30的光敏区的上表面上方形成滤色器阵列中的期望的滤色器元件。可在滤色器阵列的上表面上方形成微透镜，以将入射光聚焦到与该像素30相关联的光敏区上。入射光可由微透镜聚焦到光敏区上，并且可穿过滤色器元件，使得在光敏区处仅捕获对应颜色的光。如果需要，对于阵列20中的一个或多个像素30，任选的掩模层可以插置在滤色器元件与微透镜之间。在另一个合适的布置中，对于阵列20中的一个或多个像素30，任选的掩模层可以插置在滤色器元件与光敏区之间。掩模层可包括金属掩模层或其他滤光层，该金属掩模层或其他滤光层阻止图像光的一部分在光敏区处被接收到。如果需要，图像像素30可形成为不具有任何掩模层。如果需要，图2的阵列20中的像素30可设置有各自使一种或多种颜色的光通过的滤色器元件的阵列。像素30中的全部或一些可设置有滤色器元件。像素30的滤色器元件可以是红色滤色器元件(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，所述图像像素具有行选择晶体管，所述行选择晶体管在所述图像像素的信号读出操作期间被激活；/n读出电路；和/n信号线，所述信号线将所述图像像素耦接到所述读出电路，其中，所述行选择晶体管电容耦接到所述信号线。/n

【技术特征摘要】
20181220 US 16/226,7911.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
图像像素，所述图像像素具有行选择晶体管，所述行选择晶体管在所述图像像素的信号读出操作期间被激活；
读出电路；和
信号线，所述信号线将所述图像像素耦接到所述读出电路，其中，所述行选择晶体管电容耦接到所述信号线。


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：
电容器，所述电容器具有耦接到所述行选择晶体管的输入端子，并且具有耦接到所述信号线的输出端子。


3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述行选择晶体管具有源极-漏极端子，并且所述电容器的所述输入端子耦接到所述行选择晶体管的所述源极-漏极端子。


4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：
附加晶体管，所述附加晶体管将所述电容器的所述输入端子耦接到参考电压端子。


5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述读出电路包括放大器电路，所述放大器电路具有耦接到所述信号线的第一输入端子和耦接到附加参考电压端子的第二输入端子，其中，所述信号线直接连接到所述放大器电路的所述第一输入端子，其中，所述放大器电路还具有耦接到采样和保持电路的输出端子，并且其中，所述放大器电路的所述第一输入端子使用附加电容器来耦接到所述放大器电路的所述输出端子。


6.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·克雷默斯，
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