[发明专利]阈值监测的有条件重置的图像传感器及其操作方法

说明书

本发明的各个实施例涉及阈值监测的有条件重置的图像传感器。一种具有多位采样的图像传感器架构，实施在图像传感器系统内。将响应于入射在光敏元件上的光而产生的像素信号，转换为表示该像素信号的多位数字值。如果像素信号超出采样阈值，那么重置光敏元件。在图像捕获周期期间，将与超出采样阈值的像素信号相关联的数字值累积到图像数据中。

技术领域

本公开涉及电子图像传感器领域，并且更加具体地涉及一种用于这种图像传感器中的采样架构。

背景技术

数字图像传感器，诸如CMOS或者CCD传感器，包括多个光敏元件(“光传感器”)，每个光敏元件配置为将入射在光传感器上的光子(“捕获光”)转换为电荷。然后，可以将电荷转换为表示被每个光传感器捕获的光的图像数据。该图像数据包括捕获光的数字表示，并且可以对其进行操纵或者处理以产生能够显示在观察装置上的数字图像。图像传感器实施在具有物理表面的集成电路(“IC”) 中，该物理表面可以被划分为配置为将光转换为电信号(电荷、电压、电流等)的多个像素区域(例如，一个或者多个光传感器、和伴随的控制电路系统)。出于方便起见，在图像传感器内的像素区域也可以称为图像像素(“IP”)，并且像素区域或者图像像素的聚合件将称为图像传感器区域。图像传感器IC通常还会包括在图像传感器区域外部的面积区域，例如，特定类型的控制、采样、或者接口电路系统。大多数CMOS图像传感器包含A/D(模数)电路系统，以将像素电信号转换为数字图像数据。A/D电路系统可以是位于图像传感器区域内或者在图像传感器区域外围的一个或者多个ADC(模数转换器)。

附图说明

在对应附图的图中以示例而非限制的方式图示了此处公开的各个实施例，并且，在附图中，类似的附图标记标示相似的元件，在图中：

图1图示了根据一个实施例的图像传感器的部分的截面；

图2图示了根据在例如图1的布局中有用的一个实施例的具有多个像素信号阈值的模拟像素图像传感器的部分阵列电路系统；

图3图示了根据对例如图1和图2的实施例有用的一个实施例的配置为将像素信号转换为多位数字转换的示例图像传感器读出电路；

图4图示了根据使用了例如图1的截面以及图2和图3的电路系统的一个实施例的具有多位架构的图像传感器系统的示例电路图实施例；

图5图示了根据使用了例如图1的截面以及图2和图3的电路系统的一个实施例的具有位于IP阵列外围的读出电路阵列的图像传感器系统架构的另一示例电路框图；

图6a图示了根据使用了例如图2的阵列电路系统的一个实施例的在可替代图4和图5的示例双层图像传感器系统架构中的像素阵列 IC的顶视图；

图6b图示了根据使用了例如图3的读出电路系统的一个实施例的在可替代图4和图5的示例双层图像传感器系统架构中的预处理器 IC的顶视图；

图6c图示了根据一个实施例的在示例双层图像传感器系统中的图6a的像素阵列IC和图6b的预处理器IC的部分截面；

图7图示了根据一个实施例的图像传感器读出电路诸如图3的读出电路的操作；

图8图示了根据对此处描述的系统有用的一个实施例的在图像捕获系统中的数据流；

图9图示了根据一个实施例的供图像传感器读出电路诸如图3的读出电路使用的各种时间采样策略；

图10图示了在其中执行无损过阈值检测操作使得能够结合相关双采样进行有条件重置操作的改良4-晶体管像素的一个实施例；

图11是图示了在图10的递进读出像素(progressive read-out pixel)内的示例性像素周期的定时图；

图12和图13图示了用于图10的光电二极管、传输门和浮置扩散结构的在其对应的示意性截面图下方的示例性静电电位图；