[实用新型]图像传感器像素和成像系统

说明书

技术领域

本实用新型整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及具有对不完全遮光不太敏感的改进背照式(BSI)兼容全局快门像素的成像设备。

背景技术

现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括光敏区，所述光敏区接收入射光子(光)并将光子转变为电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。

图像传感器可通过以下方式来感测光：将碰撞光子转换成积聚(收集)到传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后，收集到的电荷被转换成电压，该电压然后被提供给传感器的输出端子。在电荷到电压转换完成并且所得信号从像素转移出去之后，像素可被重置以便准备聚积新的电荷。

一些常规图像传感器使用全局快门方法从图像传感器中的所有像素同时读出信号。这些全局快门像素易受kTC噪声的影响，并且在用于BSI图像传感器中时可经历来自入射光的不良干涉。

因此期望能够提供具有与BSI图像传感器兼容的改进全局快门像素的成像设备。

一些常规图像传感器使用全局快门的方法涉及将信号电荷以电压的形式存储在电容器上。这些全局快门像素需要大电容器来存储“重置”值和“信号”值两者，例如，如在标题为“Pixel Array Capable of Performing Pipelined Global Shutter Operation Including a First and Second Buffer Amplifier”(包括第一和第二缓冲放大器在内的能够执行流水线式全局快门操作的像素阵列)的美国专利No.8,569,671中所述。遗憾的是，这些电容器在图像传感器上占用了不理想的大量空间。

因此期望能够提供具有需要较少或较小电容器的全局快门像素的成像设备。

实用新型内容

本实用新型解决的一个技术问题是改进全局快门像素。

根据本实用新型的一个方面，提供一种图像传感器像素，包括：光敏元件，所述光敏元件响应于入射光而生成电荷；浮动扩散节点，所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件；有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平；以及列感测线，所述列感测线耦接到所述有源重置电路。

根据一个实施例，所述有源重置电路包括：第一晶体管，所述第一晶体管具有耦接到参考电压的栅极；第二晶体管，所述第二晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极，耦接到电压源的第一源极-漏极端子，以及通过所述第一晶体管耦接到地的第二源极-漏极端子；以及重置晶体管，所述重置晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述第二晶体管的所述第二源极-漏极端子之间。

根据一个实施例，所述图像传感器像素还包括：预充电晶体管，其中所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子通过所述预充电晶体管耦接到所述电压源；以及采样电路，所述采样电路插置在所述列感测线与所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子之间。

根据一个实施例，所述采样电路包括：PMOS采样晶体管；采样电容器，所述采样电容器具有第一端子和耦接到地的第二端子，所述第一端子通过所述采样晶体管耦接到所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子；以及放大器，所述放大器插置在所述采样电容器的所述第一端子与所述列感测线之间。

根据一个实施例，所述放大器包括：源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述采样电容器的所述第一端子的栅极端子，其中所述源极跟随器晶体管插置在所述电压源与所述列感测线之间；行选择晶体管，所述行选择晶体管插置在所述源极跟随器晶体管与所述列感测线之间；以及有源重置电路，所述有源重置电路耦接到所述采样电容器的所述第一端子。

根据本实用新型的一个方面，提供一种成像系统，包括：成像像素阵列，所述成像像素阵列被布置成行和列，其中所述成像像素阵列中的每个成像像素包括：光电二极管，所述光电二极管响应于入射光来聚积电荷；转移晶体管，所述转移晶体管耦接到所述光电二极管；浮动扩散区，所述浮动扩散区通过所述转移晶体管耦接到所述光电二极管；反相放大器，所述反相放大器耦接到所述浮动扩散区；以及列感测线，所述列感测线耦接到所述反相放大器。