[发明专利]图像传感器及捕获数字电子图像的方法

说明书

一种图像传感器具有像素阵列，每个像素具有相关联的快门晶体管，快门晶体管被耦接以将取决于像素的曝光的电荷转移到图像存储电容器上，图像存储电容器被配置为被读取到模数转换器中。快门晶体管是N阱中的P型晶体管，阱保持在模拟电源电压处以降低像素对暗电流的灵敏度；在可替换的实施例中，快门晶体管是P型阱中的N型晶体管，阱保持在模拟接地电压处。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及具有电子全局快门和图像存储电容器的图像传感器及捕获数字电子图像的方法。

背景技术

具有全局电子快门的图像传感器对于高速摄影是有用的。这些图像传感器可将来自许多像素的电荷同时(或几乎同时)复制到图像存储电容器中，然后将这些图像存储电容器顺序地读取到图像处理电路。通过使用在快门间隔的开始处结束的全帧复位，随后在快门间隔的结束处将电荷从整个图像的像素复制到图像存储电容器中，随着快门间隔开始和结束，通过对象的移动无失真地拍摄图像。

在一些相机中，高速突发的复位，随后是在快门间隔的结束处执行的高速突发的读取，可以提供在快门间隔结束时具有即使有也是很少的由于移动引起的失真的图像。

用于图像传感器的现有技术像素100(图1)具有通过由光电二极管选择线106控制的第一选择晶体管104耦接到第一像素节点108的光电二极管102。第一像素节点108通过第一复位晶体管110耦接到模拟电源111。第一复位晶体管110由第一复位线112控制，并选择性地复位光电二极管102。第一像素节点108还控制第一源极跟随器晶体管114。第一源极跟随器晶体管114与由第一选择线117控制的第二选择晶体管116串联耦接到负载节点118以及第一或耦接电容器120的第一端子。负载节点118还耦接到作为电流源操作的负载晶体管122，其中源极接地并且在其栅极上有电流镜控制电压124。

用作耦接电容器的第一或耦接电容器120具有通过快门晶体管126耦接到图像存储电容器130的第一端子的第二端子。快门晶体管126由快门线128控制。图像存储电容器130的第一端子还控制第二源极跟随器晶体管132。由第二复位线140控制的第二复位晶体管138也耦接到第一或耦接电容器120的第二端子。第二源极跟随器晶体管132与由数据选择线136控制的第三选择晶体管134串联。第三选择晶体管134被耦接以驱动数据线142，数据线142又通过额外的电路耦接到模数转换器(未示出)，并由此耦接到图像处理器用于进一步的图像数据处理。图1所示的像素100中的所有器件均为N沟道晶体管。

对于一些像素，电荷可以在大部分帧时间内存储在图像存储电容器130上，在实施例中，对于60帧每秒的视频速率，帧时间可以是16.6毫秒，或者对于30帧每秒的视频速率，帧时间可以是33毫秒，而其他像素可能需要存储电荷短得多的时间。

与图像存储电容器130相关联的实际开关晶体管，诸如快门晶体管126，特别地在接触扩散区中泄漏；这些晶体管中的泄漏电流引起暗电流和白像素问题。快门晶体管126中的泄漏通常使图像存储电容器130上的电压从与全黑相关联的电压朝与已由相关联的光电二极管102检测到的光相关联的电压偏移。

相关的双采样(CDS)已经被用在图像传感器中，以通过从实际的光致信号中减去像素的暗或参考输出电平以消除一些不想要的时间噪声，诸如固定模式噪声。CDS操作需要每个像素两次读出：暗电流或参考电平读出，以及像素的浮动扩散区处的光致信号读出。对于每个像素电路包括至少两个电容器，其中一个复位电容器用于临时存储暗电流或参考电平电压信号，以及一个图像存储电容器用于存储光致信号，以提供用于随后的差分放大的信号，差分放大去除不想要的噪声。

发明内容

一种图像传感器，具有像素阵列，每个像素具有相关联的快门晶体管，快门晶体管被耦接以将取决于所述像素的曝光的电荷转移到图像存储电容器上。图像存储电容器被配置为被读入模数转换器中。快门晶体管是保持在模拟电源电压的N阱中的P型晶体管，以降低像素对暗电流的灵敏度。