[发明专利]单位像素、包括其的图像传感器及包括其的图像处理系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年8月21日提交的韩国专利申请No.10-2014-0109181的优先权，其公开内容通过引用全部合并于此。

背景技术

图像传感器是将光学图像转换成电信号的设备。图像传感器用在数字相机或其它类型的图像处理设备中。图像传感器包括多个像素。主要地使用机械快门模式和电子快门模式来控制曝光时间，所述曝光时间确定电信号所基于的光电荷的量。

机械快门模式是使用机械设备来阻挡到像素的光的方法。电子快门模式通常用在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中。其是电控制生成和累积光电荷的积分时间的方法。电子快门模式包括卷帘快门模式和全局快门模式。

卷帘快门模式是将积分时间控制为对于像素阵列中的每行是不同的方法。全局快门模式是将积分时间控制为对于像素阵列的整个所有行是相同的方法。

全局快门模式具有消除在行中由不同的积分时间导致的图像失真的优点。然而，其也存在包括低积分度的一些缺点，因此期望一些改进。

发明内容

根据本发明概念的一些实施例，提供了一种以全局快门模式操作的图像传感器的单位像素。单位像素包括：光电二极管区域，包括被配置为累积在第一时间段期间从入射光生成的光电荷的光电二极管；以及存储二极管区域，包括被配置为接收和存储已累积在光电二极管中的光电荷的存储二极管。光电二极管可以对应于聚焦入射光的微镜。

光电二极管区域和存储二极管区域可以相对于行方向和列方向中的任一个倾斜布置。

单位像素可以进一步包括：溢流栅极，被配置为防止在除了第一时间段外的时间段期间生成的光电荷从光电二极管溢流到存储二极管；存储栅极，被配置为将累积在光电二极管处的光电荷传输到存储二极管；以及传输栅极，被配置为将存储在存储二极管中的光电荷传输到浮动扩散区。

溢流栅极、存储栅极、传输栅极和浮动扩散区可以依序布置成一排。

可以通过相邻单位像素来感测浮动扩散区的电压电平。

溢流栅极、存储栅极以及传输栅极可以具有凹形栅极结构。

单位像素可以进一步包括遮光膜，其具有与存储二极管区域相对应的区域，以阻挡入射光。

单位像素可以进一步包括形成在光电二极管和存储二极管之间的第二深沟槽隔离区(DTI)，以阻挡入射光。

单位像素可以进一步包括形成在单位像素的边缘处的第一DTI，用于提供在单位像素和相邻单位像素之间的电和光隔离。

单位像素可以进一步与相邻单位像素共享信号输出电路。信号输出电路可以包括：重置晶体管，被配置为重置存储光电荷所传输到的浮动扩散区；源跟随器，被配置为生成与浮动扩散区的电压电平相对应的电流；以及选择晶体管，被配置为输出电流作为像素信号。

根据本发明概念的其它实施例，提供了一种以全局快门模式操作的图像传感器。图像传感器包括：包含多个单位像素的像素阵列，每个单位像素输出与在第一时间段期间接收的入射光相对应的像素信号；读出电路，被配置为对像素信号执行模数转换，以生成数字像素信号；以及时序生成器，被配置为控制像素阵列和读出电路。每个单位像素包括光电二极管区域，包括被配置为累积在第一时间段期间从入射光生成的光电荷的光电二极管；以及存储二极管区域，包括被配置为接收和存储已累积在光电二极管中的光电荷的存储二极管。光电二极管可以对应于聚焦入射光的微镜。

根据本发明概念的另外实施例，提供了一种以全局快门模式操作的图像传感器的单位像素。单位像素包括光电二极管，被配置为累积在第一时间段期间从入射光生成的光电荷；以及存储二极管，被配置为接收和存储已累积在光电二极管中的光电荷；以及遮光单元，被配置为对存储二极管遮挡入射光。光电二极管可以对应于聚焦入射光的微镜。

根据本发明概念的进一步实施例，提供了一种以全局快门模式操作的图像处理系统。图像处理系统包括：包括多个单位像素的图像传感器，每个单位像素输出与在第一时间段期间接收的入射光相对应的像素信号，以及对像素信号执行模数转换，以生成数字像素信号；以及图像信号处理器，被配置为处理数字像素信号，以生成图像数据。每个单位像素包括光电二极管区域，包括被配置为累积在第一时间段期间从入射光生成的光电荷的光电二极管；以及存储二极管区域，包括被配置为接收和存储已累积在光电二极管中的光电荷的存储二极管。光电二极管可以对应于聚焦入射光的微镜。