[发明专利]图像传感器及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种图像传感器及其驱动方法。

背景技术

图像传感器属于光电产业里的光电元件类，随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，目前市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类的日常生活的美景。因此，图像传感器产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为CCD图像传感器（电荷耦合图像传感器）、CMOS图像传感器（互补型金属氧化物图像传感器）。

现有的CMOS图像传感器的像素结构主要分为两种，分别为3T像素结构和4T像素结构。3T像素结构中每一个像素包括一个光电二极管、一个复位管、一个行选通管和一个源跟随器。4T像素结构比3T像素结构增加了一个传输管。对于4T像素结构，每一个光电二极管总是需要一个传输管，所述传输管使光电二极管的可控性更好，可以有效地降低热噪声和暗电流。

图1示出了现有技术中4T像素结构的电路示意图。如图1所示，4T像素结构的像素包括：光电二极管11和4个晶体管，其中，光电二极管11和传输管12构成感光单元，所述传输管12用于将光电二极管（Photo Diode，PD）11产生的电荷传输到浮置扩散区（Floating Diffusion，FD），复位管13用于对浮置扩散区复位，源跟随器14用于将浮置扩散区的电信号放大输出。所述像素的工作过程是：使光电二极管11接收光，以收集光生电荷；之后导通行选通管15，选通这一行；打开复位管13，之后关闭复位管13，使各感光单元的浮置扩散区处于复位状态，通过源跟随器14和行选通管15读出复位电平；然后打开传输管12并关闭传输管12（此时光电二极管11进入积分时间，即接收光以收集光生电荷的时间），通过源跟随器14和行选通管15读出信号电平，所述复位电平和信号电平相减获得读出信号。最后关闭行选通管15，对下一行进行类似操作，从而获得各感光单元的读出信号。

图像传感器除了设置有上述具有不同作用的晶体管，还设置有与晶体管相连的金属层，用以向晶体管提供信号，或者从晶体管中读出信号。比如：与各感光单元中传输管12的栅极相连的行方向金属层，用于向传输管12提供导通信号。又比如：与像素中行选通管15的源极相连的列方向金属层，用于输出信号。通常所述金属层与各像素均相连，通常贯穿图像传感器的行或列。

随着像素越做越小，金属层围成的开口也逐渐减小。为了增大所述开口，现有技术中发展了多像素共享结构。在所述多像素共享结构中，多个像素共享部分晶体管，以减小晶体管的数量，从而可以增大光电二极管11的面积。

参考图2，示出了现有技术中8像素共享结构一实施例的示意图。如图2所示，所述8像素共享结构中每一像素单元均包括成4×2（4行2列）型的矩阵式排布的感光单元，每个感光单元均包括一光电二极管PD_i（i=0、1、2……7）以及与光电二极管相连的传输管TX_i（i=0、1、2……7）。

所述8像素共享结构还包括与各传输管TX_i（i=0、1、2……7）相连的行连接线R_i（i=0、1、2……7），具体地，每个感光单元的传输管TX_i（i=0、1、2……7）的栅极和与其对应的行连接线R_i（i=0、1、2……7）相连。在图像传感器的工作过程中，向所述行连接线R_i（i=0、1、2……7）上依次加载传输管导通信号，以依次导通各感光单元中的传输管TX_i（i=0、1、2……7）。

所述8感光单元共享结构共享一复位管RST、源跟随器SF和行选通管SEL，所述复位管RST、源跟随器SF和行选通管SEL构成读出电路，以实现对信号的读出。具体地，所述复位管RST和源跟随器SF的漏极均和电源电压相连，经由列连接线VDD加载电源电压，所述行选通管SEL的源极与列连接线PXD相连，经由列连接线PXD输出信号。所述8像素共享结构在列方向设置有两条列连接线VDD、PXD。

由于复位管RST需要加载复位管导通信号，行选通管SEL的栅极需要加载行选通管导通信号，所述8像素共享结构在行方向上设置有分别与复位管RST的栅极和行选通管SEL的栅极相连的行连接线（图中未示出），还设置有图1所示的8条与传输管的栅极相连的行连接线R_i（i=0、1、2……7）。由此可见所述8像素共享结构在行方向总共设置有10条连接线。较多的行、列连接线容易造成金属层挡光现象。