[发明专利]图像传感器

说明书

用于电子相机的图像传感器具有用于产生曝光相关的信号的多个像素，其中相应像素至少包括：光敏元件，以从入射光中产生电荷；读出节点；转移栅，以选择地将光敏元件与读出节点耦合；转换晶体管，以将存在于读出节点处的电荷转换为信号输出端处的电压信号；以及选择开关，该选择开关与转换晶体管的信号输出端连接，以将转换晶体管的信号输出端选择地与图像传感器的分配的读出导线耦合。相应像素具有电导通的屏蔽结构，该屏蔽结构至少部分地围绕读出节点并且设置为或可设置为与转换晶体管的信号输出端处的电压信号相关的电位。

技术领域

本发明涉及用于电子像机的图像传感器，尤其涉及具有用于产生曝光相关的信号的多个像素的CMOS图像传感器。

背景技术

电子相机可以作为例如运动图像相机，以拍摄之后在影院放映的运动图像序列。其中重要的是，这些相机具有较高的图像质量。尤其在后期处理时，还要改变这些拍摄的图像的亮度、对比度以及色彩，并且成品(处理后的运动图像序列或者胶片)在电影院投影在大银幕上。

电子相机通常采用CMOS技术或CCD技术的硅制图像传感器。使用这类图像传感器时，像素构成图像区域，并且这些像素成行成列地进行排列。这些像素可以设置有滤色器模型(Color Filter Array,CFA)，以具有不同的光谱灵敏度。每个像素至少包括：光敏元件，用于从入射光中产生电荷；还有读出节点；转移栅(Transfer-Gate)，以选择地将光敏元件与读出节点耦合并且将产生的电荷从光敏元件转移至读出节点；转换晶体管(Wandler-Transistor)，以将读出节点上存在的电荷转换为信号输出端上的电压信号；以及选择开关，其通过输出导线与转换晶体管的信号输出端连接，以将转换晶体管的信号输出端选择地与图像传感器的分配的读出导线(例如列导线)耦合。因此，像素的读出节点一般通过转移栅的输出端和转换晶体管的输入端(例如栅极接头)之间的连接形成。

相应像素还可以包括重置开关，以选择地将读出节点与重置电位耦合。这类图像传感器还可以包括用于产生像素的相应的转移栅、相应的选择开关和可能的相应的重置开关的控制信号的控制装置，以选择地从读出节点中读出图像信号(或者图像信号和参考信号)。转换晶体管可以形成阻抗变换器，该阻抗变换器根据其输入端上存在的电荷量在其信号输出端产生电压信号。图像传感器的读出导线可以与相应的读出放大器(例如列放大器、行放大器)连接，以放大像素的依次与分配的读出导线接通的电压信号。图像传感器的多个读出导线还可以与信号总线连接，该信号总线引向一个或多个输出放大器，以放大多个读出导线的(可能已经被预放大过的)电压信号。

图像传感器的像素可以例如逐行寻址，并且像素的信号被导向图像区域的边缘处的读出放大器，并从那里被导向至输出端，像素的信号被数字化并且可选地与校正数据进行结算(verrechnen)。

为了在弱光线条件的情况下也能拍摄运动图像序列，以及为了维系较低的电影布置的人工照明手段的成本，期望电子相机的图像传感器具有较高的光敏性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有更好的光敏性的图像传感器。

本发明基于以下的考虑。

光敏性主要由图像传感器的噪声所决定。图像传感器的噪声主要由相应像素的噪声和读出路径的噪声组成。读出路径的噪声通过合适的设计可以被降到例如80μV的数值，由此读出路径的噪声相对于例如180μV的像素噪声仅产生次要的影响。

在相应像素中的噪声电压主要是由转换晶体管(例如源极跟随器 (Source-Folger，SF))来决定。像素的噪声是由电子引起的信号电压和转换晶体管(SF)的噪声电压之间的比值。因此，为了降低该噪声，要么必须降低转换晶体管的噪声电压，要么必须提高由电子引起的信号电压。