一種像素分裂與合并的cmos圖像傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種像素分裂與合并的CMOS圖像傳感器，包括多個(gè)像素單元，每一像素單元包括多個(gè)像素，每一像素由N個(gè)子像素組成；每一個(gè)子像素包括一光電二極管及傳輸管；每一讀出電路包括懸浮節(jié)點(diǎn)、復(fù)位管、源跟隨器和行選通管；所述像素的N個(gè)光電二極管分別通過(guò)所述傳輸管連接至該像素對(duì)應(yīng)相連的讀出電路的源跟隨器柵極，所述傳輸管根據(jù)控制單元發(fā)出的控制信號(hào)導(dǎo)通或截止以，使讀出電路讀出該像素的N個(gè)子像素的合并輸出信號(hào)或分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于圖像傳感器能夠在分裂、合并模式下切換，以滿足不同需求，應(yīng)用范圍更廣。
【專利說(shuō)明】—種像素分裂與合并的CMOS圖像傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及圖像傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種像素分裂與合并的CMOS圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD (Charge Coupled Device,電荷稱合兀件)和 CMOS (Complementary Metal-OxideSemiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類。CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。
[0003]其中，CMOS圖像傳感器重要的性能指標(biāo)之一的像素靈敏度主要由填充因子(感光面積與整個(gè)像素面積之比)與量子效率(由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量)的乘積來(lái)決定。在CMOS圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，在CMOS圖像傳感器中應(yīng)用了有源像素。如何使得有源像素實(shí)現(xiàn)更加高的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍是CMOS圖像傳感器領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。
[0004]傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器采用的前感光式(FSI,Front Side Illumination)技術(shù)，即前照技術(shù)。前照技術(shù)的主要特點(diǎn)是在硅片正面按順序制作感光二極管、金屬互聯(lián)以及光管孔。其優(yōu)點(diǎn)是:工藝簡(jiǎn)單，與CMOS工藝完全兼容；成本較低；導(dǎo)光管(Light pipe)填充材料折射率可調(diào)；有利于提聞入射光的透射率，減少串?dāng)_等。
[0005]隨著像素尺寸的變小，提高填充因子所來(lái)越困難，目前另一種技術(shù)是從傳統(tǒng)的前感光式變?yōu)楸巢扛泄馐?BSI, Back Side Illumination),即背照技術(shù)。背照技術(shù)的主要特點(diǎn)是首先在硅片正面按順序制作感光二極管、金屬互聯(lián)，然后對(duì)硅片背面進(jìn)行減薄(通常需要減薄至20um以下)，并通過(guò)對(duì)于背部感光式CMOS傳感器最重要的硅通孔技術(shù)將感光二極管進(jìn)行互聯(lián)引出。由于互聯(lián)電路置于背部，前部全部留給光電二極管，這樣就實(shí)現(xiàn)了盡可能大的填充因子。硅通孔技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是照射到感光二極管的入射光不受金屬互連影響，靈敏度較高，填充因子較高。然而，硅通孔技術(shù)難度較高，對(duì)設(shè)備的要求較高，其成本也相對(duì)較高。而且由于對(duì)于超薄硅片的減薄工藝的限制，通常背照技術(shù)應(yīng)用于小像素的圖像傳感器中(目前應(yīng)用于智能手機(jī)的中小像素?cái)z像頭普遍采用背照技術(shù))。
[0006]一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于一個(gè)像素單元來(lái)說(shuō)，如果該像素單元的面積越大，則對(duì)應(yīng)更加優(yōu)秀的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。在目前的單反、微單、高清監(jiān)控等高端CMOS圖像傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域中，通常采用具有較大像素的前照技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方面，為了使圖像傳感器的尺寸變小，設(shè)計(jì)人員通常希望采用更加小的像素單元。因此，上述兩方面的需求就形成了一對(duì)矛盾。
[0007]因此，有必要提出一種CMOS圖像傳感器以解決上述矛盾。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于像素分裂的CMOS圖像傳感器，可根據(jù)需求控制像素單元的合并與分裂，以切換CMOS圖像傳感器的分辨率。[0009]為達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型提供一種CMOS圖像傳感器，包括多個(gè)像素單元，每一所述像素單元包括:多個(gè)像素，每一所述像素由N個(gè)子像素組成；每一個(gè)所述子像素包括一光電二極管及與其相連的傳輸管；多個(gè)讀出電路，與所述像素 對(duì)應(yīng)相連，每一所述讀出電路包括懸浮節(jié)點(diǎn)、復(fù)位管、源跟隨器和行選通管，所述源跟隨器的柵極、所述復(fù)位管的源極以及各所述傳輸管的漏極連接于所述懸浮節(jié)點(diǎn)；所述像素的N個(gè)光電二極管分別通過(guò)所述傳輸管連接至該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的源跟隨器柵極，所述傳輸管根據(jù)控制信號(hào)開(kāi)啟或關(guān)閉，以使所述讀出電路讀出該像素的N個(gè)子像素的合并輸出信號(hào)或分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)，其中N為大于等于2的正整數(shù)；以及控制單元，發(fā)出所述控制信號(hào)。
[0010]優(yōu)選的，所述控制信號(hào)控制該像素的N個(gè)子像素的傳輸管全部導(dǎo)通，以使所述讀出電路讀出該像素的N個(gè)子像素的合并輸出信號(hào)；所述控制信號(hào)控制該像素的N個(gè)子像素的傳輸管依次導(dǎo)通，以使所述讀出電路分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)。
[0011]優(yōu)選的，當(dāng)所述讀出電路分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)時(shí)，該讀出電路讀出其中一個(gè)子像素的輸出信號(hào)后，通過(guò)所述復(fù)位管對(duì)該讀出電路的懸浮節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電荷清空和復(fù)位，再進(jìn)行下一子像素輸出信號(hào)的讀取。
[0012]優(yōu)選的，當(dāng)所述讀出電路分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)時(shí)，所述控制信號(hào)控制將被讀取的子像素的傳輸管導(dǎo)通，其余N-1個(gè)子像素的傳輸管截止。
[0013]優(yōu)選的，每一所述像素單元包括四個(gè)像素，且排列為拜耳分布。
[0014]優(yōu)選的，所述N個(gè)子像素排列為正方形，N為4。
[0015]優(yōu)選的，所述控制單元開(kāi)啟所述行選通管以選中所述像素單元的其中一個(gè)像素，其后發(fā)出控制信號(hào)使得該像素的N個(gè)子像素的信號(hào)合并輸出或分別依次輸出，并關(guān)閉該像素對(duì)應(yīng)的行選通管。
[0016]優(yōu)選的，所述控制單元發(fā)出第一控制信號(hào)以使該像素的N個(gè)子像素的信號(hào)合并輸出，其中所述控制單元開(kāi)啟該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的復(fù)位管，以對(duì)所述懸浮節(jié)點(diǎn)的電荷進(jìn)行清空和復(fù)位；其后關(guān)閉所述復(fù)位管，并導(dǎo)通該像素的N個(gè)子像素的傳輸管，以使所述N個(gè)子像素的輸出信號(hào)輸出至所述懸浮節(jié)點(diǎn)。
[0017]優(yōu)選的，所述控制單元關(guān)閉所述復(fù)位管至所述控制單元導(dǎo)通該像素的N個(gè)子像素的傳輸管的時(shí)間間隔為Ius?32us ;所述復(fù)位管開(kāi)啟時(shí)間為Ius?64us ;所述傳輸管導(dǎo)通時(shí)間為Ius?64us。
[0018]優(yōu)選的，所述控制單元發(fā)出第二控制信號(hào)以使該像素的N個(gè)子像素的信號(hào)分別依次輸出，其中，所述控制單元在開(kāi)啟該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的復(fù)位管以對(duì)所述懸浮節(jié)點(diǎn)的電荷進(jìn)行清空和復(fù)位后關(guān)閉所述復(fù)位管，并導(dǎo)通該像素其中一個(gè)個(gè)子像素的傳輸管，以使該子像素的輸出信號(hào)輸出至所述懸浮節(jié)點(diǎn)。
[0019]優(yōu)選的，所述控制單元關(guān)閉所述復(fù)位管至導(dǎo)通該像素的其中一個(gè)子像素的傳輸管的時(shí)間間隔為Ius?32us ;所述控制單元導(dǎo)通該像素的其中一個(gè)子像素的傳輸管后至所述控制單元再次開(kāi)啟該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的復(fù)位管的時(shí)間間隔為5?40us ;所述復(fù)位管開(kāi)啟時(shí)間為Ius?64us ;所述子像素的傳輸管導(dǎo)通時(shí)間為Ius?64us。
[0020]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于CMOS圖像傳感器能夠依據(jù)特定條件或需求，調(diào)節(jié)圖像傳感器的分辨率，通過(guò)分裂、合并圖像傳感器的像素實(shí)現(xiàn)不同條件下圖像質(zhì)量的優(yōu)化，并且使得此圖像傳感器更加智能，應(yīng)用范圍更廣。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的圖像傳感器的像素分布示意圖；
[0022]圖2所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的圖像傳感器的一個(gè)像素的電路示意圖；
[0023]圖3所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的圖像傳感器分裂模式下的信號(hào)讀取時(shí)序圖；
[0024]圖4所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的圖像傳感器合并模式下的信號(hào)讀取時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本實(shí)用新型并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0026]圖2是本實(shí)用新型的CMOS圖像傳感器的像素分布示意圖。
[0027]如圖2所示，CMOS圖像傳感器包括多個(gè)像素單元100，每一個(gè)像素單元100包括多個(gè)像素。在本實(shí)施例中，每一個(gè)像素單元由4個(gè)像素組成，這4個(gè)像素成拜耳分布。其中每一個(gè)像素又由4個(gè)子像素組成，這4個(gè)子像素形成正方形。具體來(lái)說(shuō)，4個(gè)紅色子像素R1，R2，R3，R4組成位于像素單元左上角的紅色像素，4個(gè)第一綠色子像素Gl，G2，G3，G4組成位于像素單元100右上角的第一綠色像素，4個(gè)第二綠色子像素G5，G6，G7，G8組成位于像素單元100左下角的第二綠色像素，而4個(gè)藍(lán)色子像素BI，B2，B3, B4組成位于像素單元右下角的藍(lán)色像素。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，每一個(gè)像素單元100所包含的像素個(gè)數(shù)可不限于4個(gè)，這些像素的分布也并不限于拜耳分布。此外，每個(gè)像素所包含的子像素個(gè)數(shù)也不限于4個(gè)，呈正方形分布。
[0028]然后，請(qǐng)參照?qǐng)D2，其所示為CMOS圖像傳感器一個(gè)像素的電路示意圖。如前所述，在本實(shí)施例中，每個(gè)像素由4個(gè)子像素組成，每個(gè)子像素包括光電二極管和與其相連的傳輸管。每個(gè)像素與一個(gè)讀出電路對(duì)應(yīng)相連。光電二極管將子像素獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)通過(guò)傳輸管輸出至讀出電路。每個(gè)讀出電路包括懸浮節(jié)點(diǎn)P、復(fù)位管M3、源跟隨器M2和行選通管Ml。源跟隨器M2的柵極、復(fù)位管M3的源極以及各傳輸管M4的漏極連接于懸浮節(jié)點(diǎn)P，源跟隨器M2的源極與行選通管Ml的漏極相連。復(fù)位管M3的漏極和源跟隨器M2的漏極接電源。行選通管Ml的柵極由行選信號(hào)ROW控制，當(dāng)行選信號(hào)ROW置高時(shí)，選中其對(duì)應(yīng)的像素；源跟隨器M2將像素輸出的信號(hào)從其柵極傳輸?shù)皆礃O；復(fù)位管M3柵極由復(fù)位信號(hào)RX控制，在復(fù)位信號(hào)RX置高時(shí)將懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)拉高至VDD，從而對(duì)懸浮節(jié)點(diǎn)P的電荷進(jìn)行清空和復(fù)位。其中，行選信號(hào)ROW及復(fù)位信號(hào)RX也可由控制單元發(fā)出。
[0029]如圖所示，4個(gè)子像素roi，PD2, PD3, PD4的傳輸管M4，M5，M6，M7并聯(lián)連接至讀出電路的源跟隨器M2柵極，共用同一個(gè)懸浮節(jié)點(diǎn)P。這些傳輸管可根據(jù)控制單元發(fā)出的控制信號(hào)(TX1，TX2，TX3，TX4)導(dǎo)通或截止，以合并輸出4個(gè)子像素的模擬信號(hào)或分別依次輸出4個(gè)子像素的模擬信號(hào)，從而使得讀出電路讀出其對(duì)應(yīng)像素的所有子像素的合并輸出信號(hào)或分別依次讀出其對(duì)應(yīng)像素的全部子像素的輸出信號(hào)。當(dāng)讀出電路分別依次讀出的對(duì)應(yīng)像素的每個(gè)子像素的輸出信號(hào)時(shí)，CMOS圖像傳感器切換到分裂模式，具有更高的像素?cái)?shù)和分辨率，適合于例如強(qiáng)光環(huán)境。當(dāng)讀出電路讀出的是對(duì)應(yīng)像素的子像素的合并輸出信號(hào)時(shí)，圖像傳感器切換到合并模式，在該合并模式下，雖然每一讀出電路所讀取的像素信號(hào)數(shù)量為分裂模式下的四分之一，造成分辨率的下降，但其信號(hào)強(qiáng)度是分裂模式下的四倍，具有更加優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度?？刂茊卧筛鶕?jù)實(shí)際需求，發(fā)出控制信號(hào)以使圖像傳感器切換至適當(dāng)?shù)哪Ｊ?。例如，在一?shí)施例中，可將CMOS圖像傳感器用作汽車攝像頭，并根據(jù)不同環(huán)境光強(qiáng)度條件進(jìn)行像素切換。控制單元可將圖像傳感器接收的環(huán)境光強(qiáng)度與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)汽車行駛于白天強(qiáng)光下時(shí)，由于室外光線充足，環(huán)境光強(qiáng)度要大于設(shè)定的閾值，由此控制單元發(fā)出控制信號(hào)，使得每一個(gè)像素中傳輸管M4，M5，M6，M7依次打開(kāi)，且其中一個(gè)傳輸管處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)其余傳輸管均關(guān)閉，由此讀出電路可依次讀出子像素roi，ro2，PD3，PD4的信號(hào)，則此時(shí)圖像傳感器切換到分裂模式，具有更高的像素?cái)?shù)和分辨率。而當(dāng)汽車行駛至隧道或地下車庫(kù)，或者在陰天、晚間情況下行駛時(shí)，由于環(huán)境光線強(qiáng)度較弱，小于設(shè)定的閾值，此時(shí)控制單元發(fā)出另一控制信號(hào)使得每一個(gè)像素中傳輸管M4，M5，M6，M7全部同時(shí)打開(kāi)，由此讀出電路讀出HH，PD2, PD3, PD4的合并信號(hào)。如此一來(lái)，圖像傳感器切換到合并模式，在該合并模式下，信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)，因此在弱光下具有非常好的圖像表現(xiàn)力。在另一實(shí)施例中，CMOS圖像傳感器也可用作門(mén)禁系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像頭，當(dāng)其獲取的實(shí)時(shí)圖像信息包含人像信息，即說(shuō)明有人員經(jīng)過(guò)時(shí)，控制單元發(fā)出控制信號(hào)，使得每一個(gè)像素中傳輸管M4，M6，M7，M8依次打開(kāi)，且其中一個(gè)傳輸管處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)其余傳輸管均關(guān)閉，由此讀出電路可依次讀出HH，PD2, PD3, PD4的信號(hào)，則此時(shí)圖像傳感器切換到分裂模式，更加有利于對(duì)人員影像細(xì)節(jié)的捕捉和記錄。當(dāng)無(wú)人員通過(guò)監(jiān)控?cái)z像頭時(shí)，不需要通過(guò)高像素分辨率的攝像頭進(jìn)行監(jiān)控，此時(shí)控制單元發(fā)出另一控制信號(hào)使得每一個(gè)像素中傳輸管M4，M5，M6，M7全部同時(shí)打開(kāi)，由此讀出電路讀出HH，PD2, PD3, PD4的合并信號(hào)。如此一來(lái)，圖像傳感器切換到合并模式，在該合并模式下，節(jié)省了無(wú)人員通過(guò)時(shí)系統(tǒng)存儲(chǔ)容量的負(fù)擔(dān)，可以較小的數(shù)據(jù)率存儲(chǔ)監(jiān)控視頻。其中，對(duì)于圖像傳感器模式切換的判定，及控制信號(hào)的輸出可通過(guò)片外數(shù)字信號(hào)處理器或片上圖像處理電路等硬件來(lái)完成。此外，控制單元也可以由外部信號(hào)的觸發(fā)(如按鈕觸發(fā))發(fā)出控制信號(hào)，使圖像傳感器在分裂模式與合并模式間切換。
[0030]接下來(lái)，將詳細(xì)說(shuō)明圖像傳感器在分裂模式和合并模式時(shí)的模擬信號(hào)讀出過(guò)程。
[0031]請(qǐng)參考圖3，其所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的圖像傳感器在分裂模式下的信號(hào)讀取時(shí)序圖。在本實(shí)施例中，行選信號(hào)ROW、復(fù)位信號(hào)RX以及傳輸管M4，M5，M6，M7的柵極信號(hào)TXl，TX2，TX3，TX4均由控制單元產(chǎn)生。
[0032]當(dāng)CMOS圖像傳感器曝光完畢，某一像素中ro1、PD2, PD3, PD4都存儲(chǔ)好光電信號(hào)后，控制單元將該像素對(duì)應(yīng)讀出電路的行選通管Ml的柵極ROW信號(hào)設(shè)高電平，該像素被選中，開(kāi)始分別一一讀取ro1、ro2、ro3、ro4中存儲(chǔ)的信號(hào):
[0033]在Tl時(shí)間段內(nèi)，首先，控制單元將復(fù)位管M3的柵極信號(hào)RX上升至高電平，復(fù)位管M3導(dǎo)通，使得懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)與電源電壓VDD相連，對(duì)P點(diǎn)電荷進(jìn)行清空和復(fù)位，然后將RX信號(hào)置為低電平，復(fù)位管M3關(guān)閉。之后控制單元將傳輸管M4的柵極信號(hào)TXl置為高電平，傳輸管M4導(dǎo)通且其余傳輸管截止，此時(shí)PDl的信號(hào)被傳輸至懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)而被讀出電路所讀取，并經(jīng)源跟隨器M2和行選通管Ml從讀出電路輸出；
[0034]接著，在T2時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)讀取TO2的信號(hào)前，控制單元控制復(fù)位管M3的柵極信號(hào)RX再一次拉到高電平，對(duì)P點(diǎn)電荷進(jìn)行清空和復(fù)位，然后RX信號(hào)置為低電平，再將傳輸管M5的柵極信號(hào)置為高電平，傳輸管M5導(dǎo)通且其余傳輸管截止，此時(shí)PD2的信號(hào)被傳輸至懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)而被讀出電路所讀取，并由源跟隨器M2和行選通管Ml從讀出電路輸出；
[0035]在T3時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)讀取PD3的信號(hào)前，控制單元控制復(fù)位管M3的柵極信號(hào)RX再一次拉到高電平，對(duì)P點(diǎn)電荷進(jìn)行清空和復(fù)位，然后RX信號(hào)置為低電平，再將傳輸管M6的柵極信號(hào)置為高電平，傳輸管M6導(dǎo)通且其余傳輸管截止，此時(shí)PD3的信號(hào)被傳輸至懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)而被讀出電路所讀取，并由源跟隨器M2和行選通管Ml從讀出電路輸出；
[0036]同樣的，在T4時(shí)間段內(nèi)，讀取Η)4的信號(hào)前，控制單元控制復(fù)位管M3的柵極信號(hào)RX再一次拉到高電平時(shí)，對(duì)P點(diǎn)電荷進(jìn)行清空和復(fù)位，然后RX信號(hào)置為低電平，再將傳輸管M7的柵極信號(hào)置為高電平，傳輸管M7導(dǎo)通且其余傳輸管截止，此時(shí)TO4的信號(hào)被傳輸至懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)而被讀出電路所讀取，并由源跟隨器M2和行選通管Ml從讀出電路輸出。
[0037]在ro1、PD2、PD3、PD4信號(hào)依次讀取結(jié)束以后，控制單元控制將行選ROW信號(hào)置為低電平，最終在Tl至T4時(shí)間段內(nèi)完成該像素的信號(hào)的讀取。
[0038]其中，在每一個(gè)時(shí)間段(T1/T2/T3/T4)進(jìn)行每一次子像素讀取前，復(fù)位信號(hào)RX置于高電平的時(shí)間為Ius~64us,優(yōu)選5us ;每一個(gè)傳輸管導(dǎo)通也即是傳輸管柵極信號(hào)(TXl/TX2/TX3/TX4)置于高電平的時(shí)間為Ius~64us，優(yōu)選6us ；P點(diǎn)電荷進(jìn)行清空和復(fù)位結(jié)束復(fù)位管關(guān)閉(復(fù)位信號(hào)RX下降沿)與開(kāi)始子像素信號(hào)讀取(傳輸管柵極信號(hào)TX1/TX2/TX3/TX4上升沿)的時(shí)間間隔為Ius~32us，優(yōu)選6us，而該子像素信號(hào)讀取結(jié)束(傳輸管柵極信號(hào)TX1/TX2/TX3下降沿)至下一個(gè)時(shí)間段復(fù)位管再次開(kāi)啟P點(diǎn)電荷重新進(jìn)行清空和復(fù)位(下一復(fù)位信號(hào)RX上升沿)的時(shí)間間隔為5~40us，優(yōu)選20us。
[0039]像素選中后(ROW上升沿)至開(kāi)始首次懸浮節(jié)點(diǎn)電荷清空和復(fù)位(第一個(gè)RX信號(hào)上升沿)的時(shí)間間隔為Ius~5us，優(yōu)選2us ;而最后一個(gè)子像素信號(hào)讀取結(jié)束(傳輸管柵極信號(hào)TX4下降沿)至停止選中該像素行選通管關(guān)閉(ROW下降沿)的時(shí)間間隔為5~40us，優(yōu)選 20us。
[0040]請(qǐng)參考圖4，其所示為本`實(shí)用新型一實(shí)施例的圖像傳感器在合并模式下的信號(hào)讀取時(shí)序圖。
[0041]此時(shí)，4個(gè)子像素^)1、^)2、1^3、？04合并成為I個(gè)像素PDO使用。
[0042]當(dāng)CMOS圖像傳感器曝光完畢，PDO (PDU PD2, PD3, PD4)存儲(chǔ)好光電信號(hào)后，將該像素對(duì)應(yīng)讀出電路的行選通管Ml的柵極ROW信號(hào)設(shè)高電平，該像素被選中，開(kāi)始讀取roo(PD1、PD2、PD3、PD4)中存儲(chǔ)的信號(hào):
[0043]首先，控制單元控制將復(fù)位管M3的柵極信號(hào)RX上升至高電平，復(fù)位管M3導(dǎo)通，使得懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)與電源電壓VDD相連，對(duì)P點(diǎn)電荷進(jìn)行清空和復(fù)位，然后將RX信號(hào)置為低電平，復(fù)位管關(guān)閉。之后將傳輸管M4、M5、M6、M7的柵極信號(hào)TX1、TX2、TX3、TX4同時(shí)置為高電平，4個(gè)傳輸管全部導(dǎo)通，此時(shí)TOO (PD1、PD2、PD3、PD4)的信號(hào)被傳輸至懸浮節(jié)點(diǎn)P點(diǎn)而被讀出電路所讀取，并由源跟隨器M2和行選通管Ml從讀出電路輸出；
[0044]完成roo (ro1、ro2、ro3、ro4)信號(hào)讀取過(guò)程以后，控制單元控制將行選row信號(hào)置為低電平，由此在Tl時(shí)間段內(nèi)完成該像素的信號(hào)的讀取。
[0045]其中，像素選中后(ROW上升沿)至懸浮節(jié)點(diǎn)電荷清空和復(fù)位(RX信號(hào)上升沿)的時(shí)間間隔為Ius~5us,優(yōu)選2us ;在進(jìn)行信號(hào)讀取前,復(fù)位信號(hào)RX置于高電平的時(shí)間為Ius~64us，優(yōu)選5us ；P點(diǎn)電荷進(jìn)行清空和復(fù)位結(jié)束(復(fù)位信號(hào)RX下降沿)與開(kāi)始各子像素信號(hào)讀取(傳輸管柵極信號(hào)TXl、TX2、TX3、TX4上升沿)的時(shí)間間隔為Ius~32us，優(yōu)選6us ;各子像素信號(hào)讀取也即是傳輸管柵極信號(hào)(TX1、TX2、TX3、TX4)同時(shí)置于高電平的時(shí)間為Ius?64us，優(yōu)選6us ;而各子像素信號(hào)讀取結(jié)束(傳輸管柵極信號(hào)TXl、ΤΧ2、ΤΧ3、ΤΧ4下降沿)至行選通管關(guān)閉(ROW下降沿)的時(shí)間間隔為5?40us，優(yōu)選20us。
[0046]綜上所述，本實(shí)用新型的CMOS圖像傳感器能夠在分裂模式和合并模式間切換，以相應(yīng)調(diào)節(jié)圖像傳感器的分辨率，以滿足不同條件下圖像質(zhì)量的需求，應(yīng)用范圍更為廣泛。
[0047]雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述諸多實(shí)施例僅為了便于說(shuō)明而舉例而已，并非用以限定本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本實(shí)用新型所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書(shū)所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種CMOS圖像傳感器，其特征在于，包括: 多個(gè)像素單元，其中每一所述像素單元包括: 多個(gè)像素，每一所述像素由N個(gè)子像素組成；每一個(gè)所述子像素包括一光電二極管及與其相連的傳輸管；以及 多個(gè)讀出電路，與所述像素一一對(duì)應(yīng)相連，每一所述讀出電路包括懸浮節(jié)點(diǎn)、復(fù)位管、源跟隨器和行選通管，所述源跟隨器的柵極、所述復(fù)位管的源極以及各所述傳輸管的漏極連接于所述懸浮節(jié)點(diǎn)；所述像素的N個(gè)光電二極管分別通過(guò)所述傳輸管連接至該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的源跟隨器柵極，所述傳輸管根據(jù)控制信號(hào)開(kāi)啟或關(guān)閉，以使所述讀出電路讀出該像素的N個(gè)子像素的合并輸出信號(hào)或分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)，其中N為大于等于2的正整數(shù)；以及 控制單元，發(fā)出所述控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述控制信號(hào)控制該像素的N個(gè)子像素的傳輸管全部導(dǎo)通，以使所述讀出電路讀出該像素的N個(gè)子像素的合并輸出信號(hào)；所述控制信 號(hào)控制該像素的N個(gè)子像素的傳輸管依次導(dǎo)通，以使所述讀出電路分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，當(dāng)所述讀出電路分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)時(shí)，該讀出電路讀出其中一個(gè)子像素的輸出信號(hào)后，通過(guò)所述復(fù)位管對(duì)該讀出電路的懸浮節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電荷清空和復(fù)位，再進(jìn)行下一子像素輸出信號(hào)的讀取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，當(dāng)所述讀出電路分別依次讀出該像素的N個(gè)子像素的輸出信號(hào)時(shí)，所述控制信號(hào)控制將被讀取的子像素的傳輸管導(dǎo)通，其余N-1個(gè)子像素的傳輸管截止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，每一所述像素單元包括四個(gè)像素，且排列為拜耳分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述N個(gè)子像素排列為正方形，N為4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述控制單元開(kāi)啟所述行選通管以選中所述像素單元的其中一個(gè)像素，其后發(fā)出控制信號(hào)使得該像素的N個(gè)子像素的信號(hào)合并輸出或分別依次輸出，并關(guān)閉該像素對(duì)應(yīng)的行選通管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述控制單元發(fā)出第一控制信號(hào)以使該像素的N個(gè)子像素的信號(hào)合并輸出，其中所述控制單元開(kāi)啟該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的復(fù)位管，以對(duì)所述懸浮節(jié)點(diǎn)的電荷進(jìn)行清空和復(fù)位；其后關(guān)閉所述復(fù)位管，并導(dǎo)通該像素的N個(gè)子像素的傳輸管，以使所述N個(gè)子像素的輸出信號(hào)輸出至所述懸浮節(jié)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述控制單元關(guān)閉所述復(fù)位管至所述控制單元導(dǎo)通該像素的N個(gè)子像素的傳輸管的時(shí)間間隔為Ius~32us ;所述復(fù)位管開(kāi)啟時(shí)間為Ius~64us ;所述傳輸管導(dǎo)通時(shí)間為Ius~64us。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述控制單元發(fā)出第二控制信號(hào)以使該像素的N個(gè)子像素的信號(hào)分別依次輸出，其中，所述控制單元在開(kāi)啟該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的復(fù)位管以對(duì)所述懸浮節(jié)點(diǎn)的電荷進(jìn)行清空和復(fù)位后關(guān)閉所述復(fù)位管，并導(dǎo)通該像素其中一個(gè)個(gè)子像素的傳輸管，以使該子像素的輸出信號(hào)輸出至所述懸浮節(jié)點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述控制單元關(guān)閉所述復(fù)位管至導(dǎo)通該像素的其中一個(gè)子像素的傳輸管的時(shí)間間隔為Ius~32us ;所述控制單元導(dǎo)通該像素的其中一個(gè)子像素的傳輸管后至所述控制單元再次開(kāi)啟該像素對(duì)應(yīng)的讀出電路的復(fù)位管的時(shí)間間隔為5~40us ;所述復(fù)位管開(kāi)啟時(shí)間為Ius~64us ;所述子像素的傳輸管導(dǎo)通時(shí)間為Ius~64us。
【文檔編號(hào)】H04N5/374GK203504673SQ201320682968
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】李琛, 顧學(xué)強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司