具有可调放大器电路的成像系统技术方案

本发明专利技术题为“具有可调放大器电路的成像系统”本发明专利技术公开了一种图像传感器，该图像传感器可包括图像像素阵列。该图像像素阵列可耦接到列读出电路。给定图像像素可针对给定曝光而生成弱光信号和强光信号。列线可将该给定图像像素耦接到具有放大器电路的读出电路。该列线可耦接到用于读出该强光信号的自动调零晶体管和用于读出该弱光信号的源极跟随器级。该放大器电路可根据其正在放大该弱光信号还是该强光信号来接收不同的共模电压。可基于该放大器电路正在放大该低信号还是该高信号来调整该放大器电路的增益和其他工作参数。如果需要，可针对该弱光信号和该强光信号实施单独的放大器电路。放大器电路。放大器电路。

【技术实现步骤摘要】
具有可调放大器电路的成像系统


[0001]本专利技术整体涉及成像设备，并且更具体地涉及图像传感器中的读出电路。

技术介绍

[0002]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。在典型布置方式中，图像传感器包括被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。可将电路耦接到每个像素列以从图像像素读出图像信号。
[0003]通常，每个图像像素包含用于响应于入射光而生成电荷的光电二极管。每个图像像素可在变化的光条件下(诸如在相对弱光条件下或在相对强光条件下)生成电荷。因此，在一些应用中，可能期望图像像素生成针对这些变化的光条件进行优化的信号，例如弱光信号和强光信号。另外，弱光信号与强光信号之间的不同特性(例如，弱光信号与强光信号之间的主噪声的不同类型)可提供更有效地调整和配置读出电路以读出这两个信号中的每个信号的机会。
[0004]因此，可能期望提供具有改善的读出电路的成像系统(例如，用于以低读取噪声和更高稳定准确性读出弱光信号，用于更快地读出强光信号同时降低功率消耗)。
附图说明
[0005]图1是根据一些实施方案的具有用于捕获图像的图像传感器和处理电路的例示性电子设备的示意图。
[0006]图2是根据一些实施方案的例示性像素阵列和相关联的控制和读出电路的示意图，该控制和读出电路用于控制该像素阵列并从该像素阵列读出图像信号。
[0007]图3是根据一些实施方案的可以跨像素阵列实施的例示性图像像素的电路图。
[0008]图4是根据一些实施方案的耦接到图像像素并且具有可调放大器电路的例示性读出电路的电路图。
[0009]图5是根据一些实施方案的用于操作读出电路(诸如图4中的读出电路)和图像像素(诸如图3中的图像像素)的例示性时序图。
[0010]图6是根据一些实施方案的具有用于不同类型的图像信号的单独放大器电路的例示性读出电路的电路图。
[0011]图7是根据一些实施方案的用于操作读出电路(诸如图6中的读出电路)和图像像素(诸如图3中的图像像素)的例示性时序图。
具体实施方式
[0012]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。
[0013]图1是例示性成像系统(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、网络摄像头、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、增强现实和/或虚拟现实系统、无人机系统(例如，无人机)、工业系统或捕获数字图像数据的任何其他期望的成像系统或设备。相机模块12(有时称为成像模块)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，并且可包括形成在图像传感器16的成像表面上的微透镜和其他微距镜头。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图像信号转换成提供给存储和处理电路18的对应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。
[0014]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分开和/或形成相机模块的一部分的部件(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相关联的模块内的集成电路的一部分的电路)来实施。当不同于图像传感器16的集成电路的集成电路(例如，芯片)上包括存储和处理电路18时，可相对于具有图像传感器16的集成电路竖直地堆叠或封装具有电路18的集成电路。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块捕获的图像数据(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)。
[0015]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22(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列20以及控制和处理电路24。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22。控制电路24可耦接到行控制电路26(有时称为行驱动器电路或行驱动器)和列读出电路28(有时称为列控制电路、图像读出电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路26可从控制电路24接收行地址并且通过行控制路径30将对应的行控制信号(诸如复位控制信号、抗光晕控制信、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22。可将一根或多根导线(诸如，列线32)耦接到阵列20中的像素22的每一列。列线32可用于从像素22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22。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路26选择阵列20中的像素行，并且可沿列线32读出由该像素行中的图像像素22生成的图像信号。
[0016]列读出电路28可通过列线32接收图像信号(例如，由像素22生成的模拟像素值)。列读出电路28可包括用于临时存储从阵列20读出的校准信号(例如，复位电平信号、参考电平信号)和/或图像信号(例如，图像电平信号)的存储器电路、放大器电路或乘法器电路、模数转换(ADC)电路、偏置电路、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22和用于从像素22读出图像信号的其他电路。读出电路28中的ADC电路可将从阵列20所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)。列读出电路28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24和/或处理器18(图1)。
[0017]如果需要，图像像素22可各自包括用于响应于图像光而生成电荷的多于一个光敏区。图像像素22内的光敏区可成行成列地布置在阵列20上。图像阵列20还可设置有具有多个(颜色)过滤元件(每个过滤元件对应于相应像素)的过滤器阵列，该过滤器阵列允许单个图像传感器对不同颜色或不同波长组的光进行采样。例如，图像传感器像素诸如阵列20中的图像像素可设置有具有红色、绿色和蓝色过滤元件的滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用被布置成拜耳马赛克图案的对应红色、绿色和蓝色图像传感器像素对红光、绿光和蓝光(RGB)进行采样。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括：图像传感器像素阵列，所述图像传感器像素阵列具有图像像素；和读出电路，所述读出电路经由像素读出路径耦接到所述图像像素，其中所述读出电路包括：放大器电路，所述放大器电路具有耦接到所述像素读出路径的第一输入端子和被配置为接收第一共模电压或第二共模电压的第二输入端子；第一晶体管，所述第一晶体管将所述像素读出路径耦接到参考电压端子；和第二晶体管，所述第二晶体管将所述像素读出路径耦接到偏置晶体管，所述偏置晶体管被配置为生成偏置电流。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述读出电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关将所述第二输入端子耦接到供应所述第一共模电压的第一电压端子，所述第二开关将所述第二输入端子耦接到供应所述第二共模电压的第二电压端子。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述读出电路包括采样开关，所述采样开关将所述放大器电路的输出端子耦接到采样电路，其中所述第一输入端子经由输入电容器耦接到所述像素读出路径，其中所述第一输入端子经由自动调零开关沿第一路径耦接到所述输出端子，其中所述第一输入端子经由反馈电容器沿第二路径耦接到所述输出端子，其中所述放大器电路的所述输出端子经由附加的开关耦接到附加的电容器，并且其中所述第一开关和所述附加的开关被配置为接收相同的控制信号。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述参考电压端子被配置为供应接地电压。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述参考电压端子被配置为提供大于所述接地电压的电压。6.一种图像传感器，包括：图像像素，所述图像像素被布置成列和行；列读出电路，所述列读出电路具有放大器电路，其中图像像素的给定列经由列线耦接到所述放大器电路，并且所述列读出电路被配置为在第一操作模式期间从所述给定列中的给定图像像素读出弱光图像信号，并且在第二操作模式期间从所述给定图像像素读出强光图像信号；和控制电路，所述控制电路被配置为控制所述读出电路以在所述第一操作模式期间为所述放大器电路提供第一共模电压，并且在所述第二操作模式期间为所述放大器电路提供大于所述第一共模电压的第二共模电压。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述列读出电路包括第一晶体管，所述第一晶体管将所述列线耦接到参考电压端子，并且所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
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：