專利名稱：具有有源像素的cmos成像陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光敏裝置，尤其涉及具有有源像素圖像傳感器的成像陣列，此有源像素圖像傳感器的像素內(nèi)含有晶體管。
背景技術(shù)：
在已有技術(shù)中，通過完成感知入射光輻射、把該輻射轉(zhuǎn)換成載流子，以及把這些載流子存入光敏材料等步驟而操作的圖像敏感裝置。圖像敏感裝置或稱像素的輸出信號源于所存儲的載流子的傳輸。一般通過一系列地址編隊(duì)寄存器或一系列電荷耦合器件(CCD)，把電荷從像素傳輸?shù)教幚黼娮拥慕橘|(zhì)或存儲介質(zhì)。在傳輸期間，因?yàn)樾盘柺怯奢d流子構(gòu)成的，所以輸出信號對獲得的噪聲非常敏感。近來在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的工作已涉及噪聲敏感問題，也在尋求降低基于CCD的成像器成本的方法。
可以一些不同的方式獲得在輸出信號上出現(xiàn)的噪聲，包括過剩電荷的產(chǎn)生、電路中的熱運(yùn)動、載流子的損耗、像素之間的變化，以及復(fù)位操作中的不規(guī)則等。解決該問題的一個設(shè)計(jì)方案是在像素中裝一個光電二極管、一個FET開關(guān)和一個電荷疇讀出裝置。雖然這的確引起某些商業(yè)上的成功，但還未令人滿意地解決有關(guān)這些噪聲源的問題。
制造基于CCD的成像器的成本相當(dāng)高，這是由于要完成許多特殊制造操作而引起的。減少成像像素的固有尺寸，可減少其制造成本。但這也減少了圖像敏感像素的動態(tài)范圍。隨著像素尺寸的減少，噪聲電平也降低，但信號強(qiáng)度以比噪聲電平降低速率更快的速率降低。依次，減少的動態(tài)范圍對成像系統(tǒng)光學(xué)寄予更多的設(shè)計(jì)要求。
盡管有以上的設(shè)計(jì)問題，通常的圖像獲取技術(shù)大多以光敏裝置為基礎(chǔ)，這些光敏裝置利用CCD作為光輻射檢測。這些裝置用于各種商用成像產(chǎn)品中，諸如圖像編碼裝置(camcorder)和視頻攝像機(jī)，它們的目標(biāo)都指向一個巨大的消費(fèi)者市場。然而，當(dāng)考慮到CCD基電子設(shè)備的工作特性和制造時，一些其它的困難變得明顯起來。
例如，裝有CCD的電路的操作需要對CCD提供非標(biāo)準(zhǔn)電壓。這就需要電子處理設(shè)備中具有更復(fù)雜的電力供應(yīng)和電路分布。這些需要使得在使用單一標(biāo)準(zhǔn)電壓的電子系統(tǒng)中使用CCD的集成電路的任務(wù)變得更為困難。需要非標(biāo)準(zhǔn)電壓也增加了制造過程的復(fù)雜性。
這些增加了的CCD基的電子設(shè)備的復(fù)雜性使得特殊化的制造操作成為必需，它們一般被加到生產(chǎn)這些成像器的成本中。相反，用大規(guī)模技術(shù)制造的固態(tài)器件，諸如存儲器、邏輯芯片和模擬處理元件制造時不需要CCD基裝置所需的特殊化制造操作。很明顯，如果大規(guī)模制造技術(shù)可用于成像感應(yīng)裝置，而不需要特殊化操作，可減少固態(tài)傳感器的成本。目前，這還沒有實(shí)現(xiàn)，CCD基的高成本技術(shù)仍保持主導(dǎo)地位。
我們需要的是一種光敏裝置，它可使用標(biāo)準(zhǔn)的大規(guī)模制造技術(shù)，且結(jié)合一種電路設(shè)計(jì)，這種電路設(shè)計(jì)對在相關(guān)工藝中碰到的產(chǎn)生噪聲的過程不敏感。這樣的裝置最好不用CCD元件，但有容易用低成本、在商業(yè)上可行的制造技術(shù)制造的易集成元件構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種成像裝置，在該裝置中在信號輸出線上出現(xiàn)的噪聲電平被保持在最小。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種成像裝置，它具有增加的圖像敏感動態(tài)范圍。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種成像裝置，它以與圖像檢測的電荷集中模式不同的模式提供信號信息。
本發(fā)明的還有一個目的是提供一種成像陣列，它可在單個襯底上制造，從而把所需的加工工序減到最少。
本發(fā)明的最后一個目的是提供一種成像陣列，它由只需標(biāo)準(zhǔn)電壓就可操作的元件構(gòu)成。發(fā)明內(nèi)容依據(jù)本發(fā)明，由一圖像敏感裝置實(shí)現(xiàn)上述目的，其中圖像檢測電路與信號敏感電路電隔離。收集由接收光輻射的光敏元件產(chǎn)生的載流子，以在敏感裝置內(nèi)產(chǎn)生一電場。此電場用于改變電阻性元件的電阻，該電阻性元件的一端通過第一電壓源保持在固定電壓上。此電壓源產(chǎn)生相應(yīng)于光敏元件接收到的輻射量的電信號輸出。由于該結(jié)構(gòu)，電荷集中電路不與信號敏感電路耦合。電壓源也用于把信號線保持在基本上恒定的電位上。利用電流電壓轉(zhuǎn)換器可進(jìn)一步把電信號輸出轉(zhuǎn)換成電壓信號。此外，可利用第二電壓源把光敏元件置于耗盡狀態(tài)的復(fù)位特征對像素初始化。
在另一個實(shí)施例中，多個圖像敏感裝置排成一陣列，包括像素的行和列，利用行和列選擇器把像素的輸出電信號依次發(fā)送到一個或多個轉(zhuǎn)換器。選擇器可順序排列，由觸發(fā)器構(gòu)成，或者它們可以多路復(fù)用且與信號譯碼器和傳輸門結(jié)合起來。輸出像素信號也可以在通過列選擇器前被轉(zhuǎn)換成電壓信號。本發(fā)明也以使用單個電源對一個以上電流到電壓轉(zhuǎn)換器提供電力的方法為其特色。
可使用CMOS來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置的設(shè)計(jì)特色。通過集成工藝，可實(shí)現(xiàn)在同一襯底上制造有源元件，無論這些元件是p-MOS還是n-MOS。這使得裝置制造所需的工序減到最少。
附圖概述這里特別提出了被認(rèn)為是本發(fā)明的特征的新特色。從以下對實(shí)施例的描述并結(jié)合附圖可更好地理解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方法，同時也可理解本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是依據(jù)本發(fā)明的圖像敏感裝置的示意圖；圖2是包含在圖1圖像敏感裝置中像素實(shí)施例的示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明圖像敏感陣列的方框圖，其中信號由電流電壓轉(zhuǎn)換器串行地輸出；圖4是選出的一個圖3圖像敏感陣列實(shí)施例的方框圖，其中信號由兩個電流電壓轉(zhuǎn)換器并行地輸出；圖5是選出的一個圖3圖像敏感陣列實(shí)施例的方框圖，其中信號在由列多路復(fù)用器輸出前被轉(zhuǎn)換成電壓信號；圖6是圖3方框圖中用在行掃描器一個實(shí)施例中的觸發(fā)器的示意圖；以及圖7是圖3方框圖中列多路復(fù)用器一個實(shí)施例的一對傳輸門的示意圖。
本發(fā)明較佳實(shí)施方式現(xiàn)在參考圖1，其中示出本發(fā)明一個實(shí)施例的示意圖。可能相應(yīng)于一部分被感知圖像的光輻射12入射到圖像敏感裝置100。圖像敏感裝置100包括用于接收光輻射12的像素10，并可產(chǎn)生幅度正比于所獲光輻射12的量的電流信號28。利用轉(zhuǎn)換器30把電流信號28轉(zhuǎn)換成電壓信號50。利用偏壓源40提供像素10和轉(zhuǎn)換器30工作用的電力。圖像敏感裝置的操作由像素10接收到的光輻射12射到加上適當(dāng)偏壓的光電二極管20或其它光敏裝置上，該裝置產(chǎn)生相應(yīng)于入射輻射載流子對。由光電二極管20產(chǎn)生的載流子對的數(shù)目正比于所接收到的光輻射12的量。隨著載流子對的產(chǎn)生，一種極性的載流子流到像素接地端18，相反極性的載流子流到載流子積累元件。積累元件集中這些載流子并產(chǎn)生一電場，電場的大小正比于積累的載流子的總數(shù)。在示出的實(shí)施例中，用一n-MOSFET作為FET積累器22。當(dāng)由光電二極管20產(chǎn)生載流子對時，帶正電的載流子(即“空穴”)流到像素接地端18，帶負(fù)電的載流子(即電子)集中在FET積累器22的柵極端22g。該動作在FET溝道中產(chǎn)生了一個電場。在另一結(jié)構(gòu)中(未示出)，用p-MOSFET作為FET積累器，光電二極管20與示出的方向相反，顛倒光電二極管的偏置電壓的極性，載流子流動也相應(yīng)地互換。
由FET積累器22產(chǎn)生的電場引起FET溝道電阻的變化。溝道電阻變化的程度依賴于入射到光電二極管20的光輻射12的量。溝道電阻的這一變化正比于由光電二極管20產(chǎn)生的載流子對的數(shù)目，該變化提供了一測量參數(shù)，通過該參數(shù)可定量地確定在一相當(dāng)大范圍光照下由像素10接收到的輻射量。在固有實(shí)施例中，當(dāng)電荷積累處于最大值時，在FET柵極端處不存在電荷時測量到的少于20K歐姆的FET溝道電阻可能增加到超過10M歐姆。
通過把參考電壓66(VREF)加到FET積累器22的源極端22s并測量獲得的電流信號28來測量FET溝道電阻。參考電壓66是從偏壓源40中獲得的。在示出的實(shí)施例中，當(dāng)要確定電阻時，通過閉合FET選擇開關(guān)16把參考電壓66加到FET積累器源極端22s。通過沿選擇脈沖線把選擇脈沖26加到選擇開關(guān)柵極端16g來閉合選擇開關(guān)16。當(dāng)選擇開關(guān)16閉合時，該動作接通偏壓源40和FET積累器22源極端22s之間的電路。參考電壓66位于轉(zhuǎn)換器30中運(yùn)算放大器32的正輸入端34，它也在負(fù)輸入端36出現(xiàn)。隨著選擇開關(guān)16的閉合，參考電壓66被加到FET積累器的源極端22s。在一個實(shí)施例中，由5伏脈沖構(gòu)成的選擇脈沖在大約一微秒內(nèi)加到FET選擇開關(guān)的柵極端(未示出)。
通過把源極端22s置于參考電壓66的電位下而產(chǎn)生的電流信號28沿位于信號感應(yīng)節(jié)點(diǎn)17和像素接地端18之間的信號感應(yīng)線流動。在像素10工作期間，在位于光電荷集成節(jié)點(diǎn)21和FET積累器柵極22g之間的光電荷集成線上存在由內(nèi)部電流波動產(chǎn)生的噪聲。利用跨越FET積累器22溝道的電容耦合，使在光電荷集成線上的噪聲呈現(xiàn)出信號感應(yīng)線上的電壓波動。然而，在本發(fā)明的裝置中抑制了這些電壓波動，因?yàn)樾盘柛袘?yīng)線保持在與加到FET積累器22源極端22s的參考電壓66的電位相應(yīng)的、基本上恒定的電位上。
在另一的實(shí)施例中，如圖2所示像素10a包括光電二極管20、復(fù)位開關(guān)14和選擇開關(guān)16。積累電容器23用于收集載流子并產(chǎn)生一個電場。由積累電容器23產(chǎn)生的電場引起FET溝道22c電阻的變化。通過使用以上對像素10描述的相同方法，把參考電壓66加到FET源極端并測量獲得的電流信號來確定FET溝道22c的電阻。
如圖1所示，利用電源60對偏壓源40提供電力，該電源60既給偏壓源40提供浮動偏置電壓62(Vdd)，也對它提供浮動低電壓64(Vss)。偏壓源40利用適合的dc-dc轉(zhuǎn)換電路，把偏置電壓62和低電壓64轉(zhuǎn)換成參考電壓66。轉(zhuǎn)換器可由所示的偏壓FET 42和低壓FET44構(gòu)成。在較佳實(shí)施例中，偏置電壓Vdd是大約+5.0伏，低壓Vss是大約0.0伏，參考電壓VREF是大約2.5伏。隨著把2.5伏的參考電壓加到n-MOS裝置的源極端，觀察到的電流信號可從低于1微安變化到超過100微安，這導(dǎo)致圖像敏感裝置100的相當(dāng)大的動態(tài)范圍。
參考電壓66也是電壓源，通過它在復(fù)位開關(guān)14閉合時對光電二極管20進(jìn)行初始化或置于耗盡狀態(tài)。此外，在偏置光電二極管20中應(yīng)用參考電壓66起著通過把來自FET積累器22的載流子排放到像素接地端18，從而對像素10進(jìn)行初始化的作用，因而也確定了位于柵極端22g處載流子的量。沿復(fù)位脈沖線加上復(fù)位脈沖24，以使在這里作為FET開關(guān)的復(fù)位開關(guān)14閉合，并通過光電荷集成節(jié)點(diǎn)21接通轉(zhuǎn)換器30和像素接地端18之間的電路。復(fù)位脈沖24具有足夠大小的時間一電壓特性，足以保證排放存在FET積累器22中的載流子并使光電二極管20達(dá)到耗盡狀態(tài)。例如，典型的n-MOS積累器可存儲104到106個電子的電荷。這些電荷量可通過脈沖寬度在一微秒到十微秒的低壓復(fù)位脈沖排放到像素接地端18。
轉(zhuǎn)換器30包括運(yùn)算放大器32和位于輸出端38和負(fù)輸入端36之間以形成閉合環(huán)路的電阻性反饋元件，諸如FET52。把偏置電壓62在偏置電壓端46加到功率運(yùn)算放大器32，把低電壓64加到低壓端48。從運(yùn)算放大器32的負(fù)輸入端36處出現(xiàn)的電流信號28在輸出端38處轉(zhuǎn)換成電壓信號50。于是，電壓信號50的值(正比于流到像素10的電流信號28的幅度)相應(yīng)于像素10獲得的光輻射12的量。
如果需要，可使用外部閘門(未示出)，以通過確定光輻射12照射像素10的周期來建立圖像獲取間隔。當(dāng)像素10已被復(fù)位脈沖24初始化后，外部閘門打開，以開始該獲取間隔。當(dāng)已獲得所需的圖像信號時，閉合外部閘門。終止光產(chǎn)生的電荷向FET積累器22流動，并結(jié)束該獲取間隔。也可以如下方式建立用于像素的獲取間隔，而不需要外部斷路器。隨著加上復(fù)位脈沖24，像素被初始化并開始獲取間隔。隨后加上選擇脈沖26(它用于檢測由光電二極管20接收到的輻射)后，對轉(zhuǎn)換器30加上了電流信號28，并有效地終止獲取間隔。圖像敏感陣列的操作圖3示出一圖像敏感陣列120，包括(i)像素陣列80，用于接收入射的輻射，以及輸出一個代表相應(yīng)像素位置感應(yīng)到的幅射強(qiáng)度的電流信號，(ii)轉(zhuǎn)換器30，用于把像素陣列電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，(iii)列多路復(fù)用器70，用于接收像素陣列80中所有列的輸出電流信號，并把指定列的電流傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器30，以及(iv)行掃描器90，用于按照一次一行的順序把選擇脈沖26加到像素陣列80中像素的行上。
為了演示的目的像素陣列80示為一個16×16的像素10的陣列，依據(jù)本發(fā)明的特征也可使用其它陣列結(jié)構(gòu)，諸如一個512×512的像素陣列。如上所述，當(dāng)光輻射射到任意像素10時產(chǎn)生電流信號28。一般，此信號隨像素的不同而變化，且它正比于被特定像素接收到的由光輻射12所代表的那部分被感應(yīng)圖像。本領(lǐng)域內(nèi)的那些熟練技術(shù)人員可理解，如果要從像素成像陣列信號流中取回和重組所感應(yīng)的圖像，則需要獨(dú)立地讀出每個像素的電信號。
圖像敏感陣列120提供了一種方法，通過它可獨(dú)立地訪問和讀出像素陣列80中每個像素的電信號。通過以下的方法可獲得由像素陣列80中像素10’產(chǎn)生的電流信號28’。行掃描器90用于在掃描器輸入線99和行掃描器90與像素陣列80之間的任意一個行輸出線27之間提供電通路。在提供的例子中，已標(biāo)出行輸出線27’，因?yàn)樗?jīng)過像素10’所在的行。然后通過掃描器輸入線99和行掃描器90把選擇脈沖26加到行輸出線27’。該動作閉合了標(biāo)出的行中每個像素10(包括像素10’)的選擇開關(guān)，并接通了列多路復(fù)用器70和由掃描器90選中的行中每個像素FET積累器源極端之間的電通路。
列多路復(fù)用器70的作用是接通轉(zhuǎn)換器30和其中存在標(biāo)出的像素，諸如像素10’的列之間的電通路。由列多路復(fù)用器70進(jìn)行的該動作，與像素10’中選擇開關(guān)的閉合相耦合，引起如上述對圖1圖像敏感裝置100所描述的方式把參考電壓66加到像素10’的積累器源極端。當(dāng)這樣把參考電壓66加到像素10’時，在列多路復(fù)用器70和轉(zhuǎn)換器30之間的多路復(fù)用器輸出線76上出現(xiàn)電流信號28’。在轉(zhuǎn)換器30接收到來自下一個像素的電流信號前，已經(jīng)完成電流信號28’向電壓信號50的轉(zhuǎn)換。繼續(xù)這樣處理，直到訪問和讀出選中行中每個像素的電流信號。
接著，通過行掃描器90沿掃描器輸入線99傳輸連續(xù)選擇脈沖26并傳輸?shù)搅硪粋€輸出端，如傳輸?shù)叫休敵鼍€27”。訪問新選中行中的每個像素，并以像前面行一樣的方式讀出電流信號。以任意合適的順序訪問每個像素行，直到已讀出像素陣列80中所有的像素。例如，可在第二行92之前讀出第一行91。
在較佳實(shí)施例中，行掃描器90包括在像素陣列80中每一行的D型觸發(fā)器。依據(jù)使用傳輸門和倒相器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字方法提供D型觸發(fā)器。例如，每個行觸發(fā)器可包括從另一行(例如，先前行)上的D型觸發(fā)器輸出端傳送過來的第一輸入線。第二輸入線可用作時鐘輸入端，而選擇脈沖26可用作時鐘脈沖。該結(jié)構(gòu)提供了一種依次訪問像素陣列80每一行的方法，它工作時只需要單個掃描器輸入線99和選擇脈沖26。在圖6中提供行掃描器90的一個實(shí)施例。利用掃描器輸入線99把脈沖26提供到多個D型觸發(fā)器，諸如D型觸發(fā)器95、95’和95”的‘時鐘端’。每個觸發(fā)器的‘D’端連到相應(yīng)于后續(xù)行的觸發(fā)器的輸出‘Q’端。于是，當(dāng)觸發(fā)器95”沿行輸出線27”傳送信號脈沖時，從而也設(shè)定了觸發(fā)器95’。當(dāng)在掃描器輸入線99上輸入連續(xù)脈沖26時，觸發(fā)器95’將沿行輸出線27’依次傳送信號脈沖并按順序設(shè)定相應(yīng)于下一行的觸發(fā)器。
使用已有技術(shù)中公知的方法，列多路復(fù)用器70可包括一系列傳輸門，其中的每個陣列的列的一對傳輸門被連接到列多路復(fù)用器上。傳輸門本身的工作可由列數(shù)字信號譯碼器78來控制。列信號譯碼器78可接收譯碼器輸入線97上的列選擇脈沖72，并在列選擇控制線74上發(fā)出列控制信號。此操作在圖7中更清楚地示出，其中列控制信號71被加到傳輸門n-MOSFET 75的柵極75g上，列控制補(bǔ)償信號73被加到傳輸門p-MOSFET 79的柵極79g上。輸入的電流信號28’被加到MOSFET 75和79公共連接端中的一個。當(dāng)列控制信號71包含邏輯‘1’時，n-MOSFET 75和p-MOSFET 79都切換到“導(dǎo)通”狀態(tài)，并把電流信號28’傳輸?shù)蕉嗦窂?fù)用器輸出線76上。當(dāng)列控制信號71的狀態(tài)變到邏輯‘0’時，n-MOSFET 75和p-MOSFET 79都切換到“斷開”狀態(tài)，不傳輸輸入的電流信號28’。如此可獨(dú)立地以任意次序訪問圖3中像素陣列80的每一列。
在典型的成像功能操作中，不論成像仍以圖像形式或按視頻記錄的方式完成，整個像素陣列80是同時被照亮的。當(dāng)把復(fù)位脈沖加到像素陣列80中每個像素時，操作開始。在示出的實(shí)施例中，第一像素列82a中每個像素的復(fù)位脈沖線連到第一復(fù)位線84a。通過暫時閉合第一列復(fù)位開關(guān)86a(這使得第一像素列82a每個像素的復(fù)位開關(guān)閉合)來實(shí)現(xiàn)對第一像素列82a中像素的復(fù)位。此動作把參考電壓66加到第一像素列82a中每個像素的光電二極管的一端，并結(jié)合圖1如前面所述的對相應(yīng)的像素進(jìn)行初始化。當(dāng)?shù)诙袕?fù)位開關(guān)86b閉合，以利用第二復(fù)位線84b把參考電壓66加到第二像素列82b中的每個像素時，第二像素列82b被復(fù)位。像素陣列80中余下的像素列以相同的方式進(jìn)行復(fù)位。也可以一組列而不是單個列地進(jìn)行復(fù)位。在較佳實(shí)施例中，每個列復(fù)位開關(guān)與其它復(fù)位開關(guān)合在一起，以產(chǎn)生整體復(fù)位的能力，由此在加上整體復(fù)位脈沖124時對陣列所有的列進(jìn)行復(fù)位。
如圖4所示的另一個實(shí)施例提供了一種并行處理能力。圖像敏感陣列220包括兩個轉(zhuǎn)換器230a和230b，它們分別用于轉(zhuǎn)換多路復(fù)用器輸出線276a上來自列多路復(fù)用器270a以及多路復(fù)用器輸出線276b上來自多路復(fù)用器270b的電流信號。由該結(jié)構(gòu)，此信號輸出速率從圖1所示的只使用一個轉(zhuǎn)換器30的那種結(jié)構(gòu)的信號輸出速率近似地翻了一倍。注意只需一個偏壓源240對轉(zhuǎn)換器230a和230b供電。
此實(shí)施例也包括行數(shù)字信號譯碼器298和用于行選擇的行多路復(fù)用器290，而不是如圖3中掃描器90所說的掃描器。此特征允許依次或以所需的其它次序訪問像素行。對像素行和像素列都有多路復(fù)用器的結(jié)構(gòu)在一些應(yīng)用中是有用的，諸如圖像處理，這類圖像處理時需要訪問像素陣列80中選中的像素或像素組。圖像敏感陣列220也包括可輸入整體訪問脈沖的整體復(fù)位線284。
列多路復(fù)用器270a和270b也可由一個或多個掃描器來代替，可以類似于圖3的行掃描器90行訪問的方式由這些掃描器訪問像素陣列中的列。圖5示出這樣一個結(jié)構(gòu)，它具有一系列轉(zhuǎn)換器330a到330b，每個轉(zhuǎn)換器作為圖像敏感陣列320中每列的輸出。雖然示出的轉(zhuǎn)換器330a到330b由兩個偏壓源340a和340b供電，但根據(jù)設(shè)計(jì)需要所使用的偏壓源數(shù)目可以更多。
在此實(shí)施例中，電流信號在通過輸出裝置，諸如定序器或多路復(fù)用器前被轉(zhuǎn)換成電壓信號。電流信號28沿列輸出線376流動，在轉(zhuǎn)換器輸出線377上被轉(zhuǎn)換成電壓信號50。電壓信號50可作為輸入到列掃描器370的許多電壓信號中的一個。列掃描器370執(zhí)行的功能是每次選擇一個輸入電壓信號輸出，該輸出即是電壓信號50’。
復(fù)位線384，供接收復(fù)位脈沖324。復(fù)位脈沖324進(jìn)入復(fù)位脈沖分配器386，它可以是一個定序器或多路復(fù)用器。復(fù)位脈沖分配器386利用一個或多個列輸入線382把輸入的復(fù)位脈沖324傳輸?shù)揭粋€或多個像素陣列的列。
本領(lǐng)域內(nèi)的那些熟練技術(shù)人員可依據(jù)本發(fā)明觀點(diǎn)對所述的實(shí)施例作其它改變。因此，不應(yīng)把所述實(shí)施例理解為限制的意思。
權(quán)利要求
1.一種圖像敏感裝置，把入射的光輻射轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于所接收到的輻射量的電信號輸出，其特征在于所述裝置包括接收光輻射并產(chǎn)生正比于所接收到的輻射數(shù)量的載流子的光敏元件；收集所述光敏元件產(chǎn)生的載流子從而產(chǎn)生一電場的電荷積累裝置，如此產(chǎn)生的電場的大小正比于收集的載流子數(shù)量；對所述電荷積累裝置敏感的可變電阻裝置，其中所述可變電阻裝置的電阻與所述電荷積累裝置產(chǎn)生的電場的大小有關(guān)；信號感應(yīng)線；以及參考電壓源，(i)用于通過所述信號感應(yīng)線把電壓加到可變電阻裝置的一端，從而產(chǎn)生電流信號輸出，所述電流信號的幅度正比于所述可變電阻裝置的電阻，以及(ii)用于把所述信號感應(yīng)線保持在基本上恒定的電位上。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像敏感裝置，其特征在于還包括接收所述參考電壓源產(chǎn)生的所述電流信號輸出并產(chǎn)生電壓信號輸出的電流電壓轉(zhuǎn)換裝置，所述電壓信號輸出的值相應(yīng)于所述參考電壓源產(chǎn)生的所述電流信號輸出的幅度。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像敏感裝置，其特征在于還包括復(fù)位裝置，用于把所述光敏元件置于耗盡狀態(tài)，從而從所述電荷積累裝置中除去收集的電荷。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像敏感裝置，其特征在于所述光敏元件包括光電二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像敏感裝置，其特征在于所述可變電阻裝置包括場效應(yīng)晶體管的溝道。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像敏感裝置，其特征在于所述電荷積累裝置包括場效應(yīng)晶體管。
7.如權(quán)利要求5所述的圖像敏感裝置，其特征在于所述電荷積累裝置包括電解電容器。
8.如權(quán)利要求5所述的圖像敏感裝置，其特征在于所述電荷積累裝置包括擴(kuò)散電容。
9.如權(quán)利要求2所述的圖像敏感裝置，其特征在于所述電流電壓轉(zhuǎn)換裝置包括運(yùn)算放大器和電阻性反饋元件。
10.如權(quán)利要求3所述的圖像敏感裝置，其特征在于所述復(fù)位裝置包括電復(fù)位開關(guān)，所述電復(fù)位開關(guān)位于所述光敏元件和所述參考電壓源之間，閉合所述的電復(fù)位開關(guān)接通了所述參考電壓源和所述光敏元件之間的電路。
11.一種接收來自圖像的光輻射并產(chǎn)生電信號輸出的圖像敏感陣列，其特征在于所述圖像敏感陣列包括至少一個參考電壓源，接收光輻射的按行和列排列的多個像素，每個所述像素包括a)接收光輻射并產(chǎn)生正比于所接收到的輻射數(shù)量的載流子的光敏元件，b)收集所述光敏元件產(chǎn)生的載流子從而產(chǎn)生一電場的電荷積累裝置，如此產(chǎn)生的電場的大小正比于收集的載流子數(shù)量，c)對所述電荷積累裝置敏感的可變電阻裝置，其中所述可變電阻裝置的電阻與所述電荷積累裝置產(chǎn)生的電場的大小有關(guān)，d)信號感應(yīng)線，以及e)位于所述參考電壓源和所述電荷積累裝置之間的像素選擇開關(guān)，所述像素選擇開關(guān)閉合時接通了電路，從而(i)把電壓加到所述可變電阻裝置和所述信號感應(yīng)線的一端，(ii)把所述信號感應(yīng)線保持在基本上恒定的電位上，以及(iii)產(chǎn)生幅度正比于所述可變電阻裝置的電阻電信號；閉合所述像素中至少一個選中行的像素選擇開關(guān)的行選擇裝置；以及接收所述像素產(chǎn)生的電信號，并輸出所述像素至少一個選中列中產(chǎn)生的電信號的列選擇裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的圖像敏感陣列，其特征在于還包括至少一個電流電壓轉(zhuǎn)換裝置，該裝置在相應(yīng)的所述像素選擇開關(guān)閉合時接收至少一個所述像素中產(chǎn)生的電信號，并產(chǎn)生其值相應(yīng)于電信號幅度的電壓信號。
13.如權(quán)利要求11所述的圖像敏感陣列，其特征在于還包括把所述光敏元件置于耗盡狀態(tài)的復(fù)位裝置。
14.如權(quán)利要求11所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述光敏元件包括光電二極管。
15.如權(quán)利要求11所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述可變電阻裝置包括場效應(yīng)晶體管的溝道。
16.如權(quán)利要求15所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述電荷積累裝置包括場效應(yīng)晶體管。
17.如權(quán)利要求15所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述電荷積累裝置包括電解電容器。
18.如權(quán)利要求15所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述電荷積累裝置包括擴(kuò)散電容。
19.如權(quán)利要求12所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述電流電壓轉(zhuǎn)換裝置包括運(yùn)算放大器和電阻性反饋元件。
20.如權(quán)利要求13所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述復(fù)位裝置包括至少一個電復(fù)位開關(guān)，所述電復(fù)位開關(guān)位于所述光敏元件和所述參考電壓源之間，閉合所述電復(fù)位開關(guān)接通了所述參考電壓源和所述光敏元件之間的電路。
21.如權(quán)利要求11所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述行選擇裝置包括所述圖像敏感陣列中所述像素每一行上的觸發(fā)器。
22.如權(quán)利要求11所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述列選擇裝置包括所述圖像敏感陣列中所述像素每一列上的一對傳輸門。
23.一種接收來自圖像的光輻射并產(chǎn)生電信號輸出的圖像敏感陣列，其特征在于包括至少一個參考電壓源，接收光輻射的、按行和列排列的多個像素，每個所述像素包括a)接收光輻射并產(chǎn)生正比于所接收到的輻射數(shù)量的載流子的光電二極管，b)收集所述光電二極管產(chǎn)生的載流子從而產(chǎn)生一電場的電荷積累裝置，如此產(chǎn)生的電場的大小正比于收集的載流子數(shù)量，c)對所述電荷積累裝置敏感的可變電阻裝置，其中所述可變電阻裝置的電阻與所述電荷積累裝置產(chǎn)生的電場的大小有關(guān)，d)信號感應(yīng)線，以及e)位于所述參考電壓源和所述電荷積累裝置之間的像素選擇開關(guān)，所述像素選擇開關(guān)的閉合接通了電路，使(i)通過所述信號感應(yīng)線把電壓加到所述可變電阻裝置的一端，(ii)把所述信號感應(yīng)線保持在基本上恒定的電位上，以及(iii)產(chǎn)生幅度正比于所述可變電阻裝置的電阻的電信號；閉合所述像素中至少一個選中行的像素選擇開關(guān)的行選擇裝置；以及接收所述像素產(chǎn)生的電信號，并輸出所述像素至少一個選中列中產(chǎn)生的電信號的列選擇裝置；至少一個電流電壓轉(zhuǎn)換裝置，該裝置在相應(yīng)的所述像素選擇開關(guān)閉合時接收至少一個所述像素中產(chǎn)生的電信號，并產(chǎn)生其值相應(yīng)于電信號幅度的電壓信號；以及把所述光電二極管置于耗盡狀態(tài)的復(fù)位裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述可變電阻裝置包括場效應(yīng)晶體管的溝道。
25.如權(quán)利要求24所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述電荷積累裝置包括場效應(yīng)晶體管。
26.如權(quán)利要求24所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述電荷積累裝置包括電解電容器。
27.如權(quán)利要求24所述的圖像敏感陣列，其特征在于所述電荷積累裝置包括擴(kuò)散電容。
28.一種用于把光輻射轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于所接收到的輻射量的電信號的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟產(chǎn)生正比于所接收的光輻射量的載流子；收集產(chǎn)生的載流子；產(chǎn)生一電場，該電場大小正比于收集的載流子數(shù)量；提供正比于產(chǎn)生的電場大小的電阻；以及產(chǎn)生電信號，該電信號的大小正比于所述電阻的值。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于在產(chǎn)生電信號的所述步驟前還包含在所述電阻的一端維持基本恒定的電位的步驟。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于還包括把所述電信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的步驟，該電壓信號的電平正比于所述電信號的幅度。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于還包括在所述的產(chǎn)生電信號的步驟后清除收集的載流子的步驟。
全文摘要
揭示了一種包括一個或多個像素的圖像敏感裝置，每個像素具有電荷積累區(qū)，該積累區(qū)用于收集光敏元件諸如光電二極管產(chǎn)生的電荷。通過在電阻性元件(諸如FET溝道)上加一電壓，可從一像素獲得一輸出信號，電阻性元件上的電阻值正比于收集的電荷產(chǎn)生的電場的大小。
文檔編號H04N3/15GK1148454SQ95193104
公開日1997年4月23日 申請日期1995年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月19日
發(fā)明者謝祖強(qiáng), R·D·麥格拉斯 申請人:寶麗來公司