[发明专利]改进的图像传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于在图像传感器中使用的像素阵列电路，该图像传感器诸如那些用于在诸如相机和移动电话之类的移动应用中使用的图像传感器。本发明还涉及诸如移动电话、数字相机以及光学鼠标(计算机指向设备)之类并入固态图像传感器的设备。

背景技术

使用通常在CMOS架构中实现的针形光电二极管像素的图像传感器是熟知的。此类图像传感器在许多应用中具有优点：图像敏感元件和图像处理电路两者都可以被实施在能够使用CMOS技术制造的单个芯片中。

本申请人之前(例如在EP1956715中)已经公开了连续时间模数转换器架构。然而，该架构并不很好地适合模拟合并(binning)。模拟合并是将来自多个像素的数据平均或相加为单个输出的方法。本发明的目的在于解决此问题。

发明内容

在本发明的第一方面中提供有图像传感器，其包括：

以行和列布置以形成像素阵列的多个像素，每个像素列包括至少两个列位线，使得每个像素的输出连接至包括它的列的列位线中的一个；

读出输入电路，包括多个第一输入和第二输入，所述第一输入和所述第二输入中的每个经由电容连接至单个比较器输入节点；以及

读出比较器，连接至所述单个比较器输入节点；

其中读出输入电路可操作为使得每个所述第一输入并行接收模拟信号，所述模拟信号是经由所述像素所连接的列位线从一个或多个所述像素的信号输出获取的，所述模拟信号在像素读出时段期间变化，并且在第一校准时段期间具有第一电平，并且在第二读取时段期间具有第二电平，所述读出输入电路还可操作为使得在第一校准时段和第二读取时段两者期间，所述第一输入处的所述模拟信号和所述第二输入上的来自时变参考电路的参考信号被不断地读取到它们相应的电容中；并且

其中所述读出比较器电路可操作以将所述多个第一输入中的每个上的信号的平均值与所述参考信号比较。

其他可选择的特征和应用如所附从属权利要求。

附图说明

现将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了常用的四晶体管像素结构；

图2图示了正面型照射像素结构；

图3示出了连续时间模数转换器(ADC)架构；

图4a和图4b示出了传统的每列单一位线架构以及对应的两个像素读取和转换操作的时序；

图5a和图5b示出了每列两个位线架构以及对应的两个像素读取和转换操作的时序；

图6示出了适配用于使用多个位线进行模拟合并的连续时间模数转换器的输入级；并且

图7示出了具有模拟合并读出装置的全像素阵列的一部分。

具体实施方式

图1示出了基于被称为4T像素的普通像素架构。存在四个晶体管110a、120、130、140(因而是4T)以及光电二极管元件100a。这些晶体管起到重置、暴露继而从结构读出数据的作用。它们包括由信号TG控制的转移门晶体管110a、由信号RST控制的重置晶体管120、由信号READ控制的读出晶体管130，以及具有联结到感测节点150的门的源跟随器晶体管140。

为了提高用于光收集的面积，通常还使光电二极管结构共享同一读出。两个光电二极管架构共享单个读出的情况也在图1中示出(用虚线表示每个额外光电二极管110b所需的额外转移晶体管110b)。虽然此方法增加了光感测面积，但是它也增加了感测节点上的电容并且因此减小了像素的转换因数。对光感测面积的进一步增加可以通过移除READ器件来实现。在这一情况中，需要将感测节点设置为低以当正在选址并且读出其他行时关闭源跟随器器件。

除光感测硅面积的优化之外，重要的是确保入射光照到达光电二极管区域。直到最近，所使用的大部分器件是被称为正面照射结构(FSI)。在这些器件中，入射光照必须从图像传感器的金属层叠结构中的孔之间穿过。因此有利的是这样的器件在成像平面上方具有最小数量的金属层。

图2图示了该正面照射结构(FSI)。它示出了包括像素基底210的像素结构200。在像素基底210上方是金属层叠220，其包括电力线和电路连接。孔230被设置在光电二极管240上方的金属层叠中以允许光子通过并且到光电二极管240上(光线250所示)，从而可以将它们计数。