[发明专利]集成电路图像传感器以及在其中操作的方法

说明书

在图像传感器系统内实施一种具有多位采样的图像传感器架构。响应于在光敏元件上入射的光而产生的像素信号被转换成表示像素信号的多位数字值。如果像素信号超过采样门限，则重置光敏元件。在图像捕获时段期间，与超过采样门限的像素信号关联的数字值被累加成图像数据。

技术领域

本公开内容涉及电子图像传感器领域，并且更具体地涉及用于在这样的图像传感器中使用的采样架构。

背景技术

诸如CMOS或者CCD传感器之类的数字图像传感器包括多个光敏元件(“光传感器”)，每个光敏元件被配置为将在光传感器上入射的光子(“捕获的光”)转换成电荷。电荷然后可以被转换成表示每个光传感器捕获的光的图像数据。图像数据包括捕获的光的数字表示，并且可以被操纵或者处理以产生有能力在查看设备上显示的数字图像。图像传感器被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成配置为将光转换成电信号(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附带控制电路)。为了方便，在图像传感器内的像素区域还可以称为图像像素(“IP”)，并且像素区域或者图像像素的聚合将称为图像传感器区域。图像传感器IC通常还将包括在图像传感器区域以外的区域，例如某些类型的控制、采样或者接口电路。多数CMOS图像传感器包含用于将像素电信号转换成数字图像数据的A/D(模数)电路。A/D电路可以是位于图像传感器区域内或者位于图像传感器区域的外围处的一个或者多个ADC(模数转换器)。

附图说明

在附图的各图中通过示例的方式而不是通过限制的方式来举例说明本文中公开的各种实施例，并且在附图中，同样的附图标记指代相似元件，并且在附图中：

图1图示根据一个实施例的图像传感器的部分的横截面；

图2图示根据例如在图1的布局中有用的一个实施例的具有多个像素信号门限的模拟像素图像传感器的部分阵列电路；

图3图示根据例如利用图1和2的实施例而有用的一个实施例的配置为将像素信号转换成多位数字转换的示例图像传感器读取电路；

图4图示根据使用例如图1的横截面以及图2和3的电路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框图实施例；

图5图示根据使用例如图1的横截面以及图2和3的电路的一个实施例的具有位于IP阵列外围的读取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图示根据使用例如图2的阵列电路的一个实施例的作为图4和5的备选的示例两层图像传感器系统架构中的像素阵列IC的俯视图；

图6b图示根据使用例如图3的读取电路的一个实施例的作为图4和5的备选的示例两层图像传感器系统架构中的预处理器IC的俯视图；

图6c图示根据一个实施例的示例两层图像传感器系统架构中的图6a的像素阵列IC和图6b的预处理器IC的部分横截面；

图7图示根据一个实施例的诸如图3的读取电路之类的图像传感器读取电路的操作；

图8图示根据利用本文中描述的系统而有用的一个实施例的图像捕获系统中的数据流动；

图9图示根据一个实施例的用于由诸如图3的读取电路之类的图像传感器读取电路使用的各种时间采样策略；

图10图示修改的4晶体管像素的实施例，其中执行非破坏性过门限检测操作以与相关的双采样结合实现有条件重置操作；

图11是图示在图10的渐进读出像素内的示例性像素周期的定时图；

图12和13在图10的光电二极管、传输门和浮置扩散的对应示意横截面图下方图示用于它们的示例性静电电势图；

图14图示具有渐进读出像素阵列的图像传感器300的实施例；