专利名称：根据入射光选择光电流路径的图像传感器和图像感测方法
技术领域：
例子实施例可以涉及图像传感器。例如，例子实施例可以涉及 CMOS图像传感器和图像感测方法，用于根据入射光的数量选择光电流 路径，以便增加输出信号的传输效率。
背景技术：
通常，图像传感器可以被分类为电荷耦合器(CCD)图像传感器 和CMOS图像传感器(CIS) 。. CIS可能比CCD更经济，因为CIS可以使 用CMOS工艺。此外，CIS可能有利之处在于，模拟信号处理电路和/ 或数字信号处理电路可以被集成在CIS中。此外，CIS可以允许低功率 和低电压设计，因此可以适应便携式器件如移动电话和数字照相机， 这些便携式器件可能需要低功耗。CIS中的像素阵列可以包括在二维矩 阵中布置的多个像素，其中每个像素响应于光能量输出图像信号。
图1图示了常规CM0S图像传感器中的像素结构。参考图l，像素 阵列中包括的每个像素包括光电二极管P-1、 P-2、 P-3或P-4;第一开关 T-l、 T-3、 T-5或T-7;浮置扩散节点FD1、 FD3、 FD5或FD7;复位开关 RG以及第二开关SF1、 SF3、 SF5或SF7。
光电二极管P-l可以接收从发光体发射的光能量，并可以产生和 积累电荷。例如，发光体可以是光源、发光器件或物体反射光和光能
量。第一开关T-1可以响应于通过栅极输入的控制信号，将积累的电荷
(或光电流)传送到浮置扩散节点FD1。浮置扩散节点FD1可以经由 第一开关T-1接收由光电二极管P-1产生的电荷，并存储该接收的电荷。
浮置扩散节点FD1可以被配置为浮置扩散区。因为浮置扩散节点 FD1可以具有寄生电容，在浮置扩散节点FD1中可以累积地存储由光电 二极管P-1产生的电荷。复位开关RG可以被连接在电源电压VDD和浮置 扩散节点FD1之间。复位开关可以响应于复位信号RE1，将浮置扩散节 点FD1复位至电源电压VDD。
在电源电压VDD和输出端V0UT之间可以连接第二开关SF1。第二 开关SF1可以基于浮置扩散节点FD1中存储的电荷执行源-跟随 (source-following)。第二开关SF1可以输出源跟随信号。由此，可以 基于浮置扩散节点的电容量决定，光电转换增益，即，相对于由光电 二极管P-l接收的光能量的源-跟随信号量。此外，光电转换增益可以决 定CMOS图像传感器的输出信号与光能量的数量的比率，亦即，灵敏度。
例如，如果浮置扩散节点FD1的电容量(capacitance)低于光电二 极管P-1的电容量，那么CMOS图像传感器的输出信号的数量可以相对 于少量的光能量而增加。换句话说，CMOS图像传感器的输出信号与光 能量的数量的比率，即，灵敏度可以增加。但是，在光电二极管P-1处 积累的电荷不可能被完全传输到浮置扩散节点FD1。由此，在传输过程 中，或在信号处理过程中，在光电二极管P-1处积累的电荷可以引起噪 声，由此减小信噪比(SNR)。结果，图像质量可能被降低。
但是，如果浮置扩散节点FD1的电容量高于光电二极管P-1的电容 量，那么在光电二极管P-1处积累的电荷可以被完全传输到浮置扩散节 点FD1。因此，在传输或信号处理过程中，不可能发生噪声，因此，SNR 可以增加。但是，CMOS图像传感器的输出信号与低数量光能量的比率， 即，灵敏度可能被减小，因此，可能输出模糊的图像。
图2图示了另一常规CMOS图像传感器中的像素结构。参考图2， 光电二极管P-11和P-12可以共享第一浮置扩散节点FD2，光电二极管 P-13和P-14可以共享第二浮置扩散节点FD4。在光电二极管P-11处积累 的电荷可以被一直传输到具有恒定电容量的第一浮置扩散节点FD2。由 此，光电转换增益，即，与由光电二极管P-ll收到的光能量相关的源-跟随信号的数量可以通过第一浮置扩散节点FD2的电容量来决定。即使 光电转换增益改变，光电二极管P-11处积累的电荷也可以被一直传输到 具有恒定电容量的第一浮置扩散节点FD2。
例如，即使输入到CMOS图像传感器的光能纛被改变，用于光电 二极管P-11处产生的光电流的路径仍直接从光电二极管P-11至第一浮 置扩散节点FD2，以及可以一直是恒定的。由此，如果第一浮置扩散节 点FD2的电容量相对于预定量的光能量较低，那么CMOS图像传感器的 输出信号的灵敏度可以增加，但是可能减少SNR。相反，如果第一浮置 扩散节点FD2的电容量相对于预定量的光能量较高，那么CMOS图像传 感器的输出信号灵敏度的可以增加，但是可能减少SNR。
发明内容
例子实施例可以提供CMOS图像传感器和图像感测方法，用于根 据入射到CMOS图像传感器的光数量或光量，选择用于流入浮置扩散节 点的光电流的路径，由此增加输出信号的传输效率。
根据例子实施例， 一像素对可以包括，第一像素，包括第一光电 二极管、第一晶体管对以及具有第一电容量的第一浮置扩散节点。该 像素对还可以包括第二像素，包括第二光电二极管、第二晶体管对以 及具有第二电容量的第二浮置扩散节点。第一晶体管对的第一晶体管
可以被连接在第一光电二极管和第一浮置扩散节点之间。第一晶体管 对的第二晶体管可以被连接在第一光电二极管和第二浮置扩散节点之 间。第二晶体管对的第一晶体管可以被连接在第二光电二极管和第二
浮置扩散节点之间。第二晶体管对的第二晶体管可以被连接在第二光 电二极管和下一个像素对的第一浮置扩散节点之间。第一浮置扩散节 点的第一电容量可以大于第二浮置扩散节点的第二电容量。
在例子实施例，该像素对还可以包括在第一晶体管对的第一晶体 管的栅极和第一浮置扩散节点之间连接的第一电容器，以及在第二晶 体管对的第二晶体管的栅极和下一个像素对的第一浮置扩散节点之间 连接的第二电容器。
在例子实施例中，该第一电容量可以包括第一电容器的电容量和 第一浮置扩散节点的寄生电容量。
在例子实施例中， 一像素阵列可以包括多个像素对。该像素阵列 可以输出复位信号和感测信号。该复位信号和感测信号可以是基于多 个选择信号的相应选择信号。
在例子实施例中， 一图像感测系统可以包括像素阵列，行译码器， 以接收行地址和多个控制信号并产生多个选择信号，相关二重抽样
(CDS)块，接收从像素阵列输出的复位信号和感测信号，执行复位信 号和感测信号的CDS，并输出CDS信号，模数转换器(ADC)，将从 CDS块输出的信号转变为数字图像信号，以及图像信号处理器(ISP)， 基于数字图像信号输出图像信号，以及基于该图像信号产生多个控制信号。
在至少一个例子实施例中，第一电容量包括第一浮置扩散节点的 寄生电容量和电容器的电容量。
在例子实施例中，形成第一浮置扩散节点的第一浮置扩散区不同 于形成第二浮置扩散节点的第二浮置扩散区。
在例子实施例中，形成第一浮置扩散节点的第一浮置扩散区具有 比形成第二浮置扩散节点的第二浮置扩散区更大的面积。
在例子实施例，该像素对还可以包括，在第一浮置扩散节点和地 线之间连接的第一电容器，以及在第二浮置扩散节点和地线之间连接 的第二电容器。
在例子实施例中，第一电容器可以具有大于第二电容器的电容量 的电容量。
根据例子实施例， 一种图像感测方法可以包括，基于来自发光体 的入射光能量积累电荷，通过传输开关接收该电荷，基于该电荷，相 对于电源电压源跟随，输出源-跟随信号。该源-跟随可以包括，如果图 像传感器的输出图像比预定亮度更亮，那么通过具有第一电容量的第 一浮置扩散节点的源-跟随，以及如果图像传感器的输出图像比预定亮 度更暗，那么通过具有第二电容量的第二浮置扩散节点的源-跟随。
根据例子实施例， 一图像传感器可以包括，其中第一像素和第二 像素被相互地布置的像素阵列。该第一像素可以包括第一光电二极管、 一对第一晶体管和具有第一电容量的第一浮置扩散节点。第二像素可 以包括第二光电二极管、 一对第二晶体管和具有第二电容量的第二浮 置扩散节点。第一晶体管对的第一晶体管可以被连接在第一光电二极 管和第一浮置扩散节点之间，以及第一晶体管对的第二晶体管可以被 连接在第一光电二极管和第二浮置扩散节点之间。第二晶体管对的第 一晶体管可以被连接在第二光电二极管和第二浮置扩散节点之间，以 及第二晶体管对的第二晶体管可以被连接在第二光电二极管和第一浮 置扩散节点之间。
该图像传感器还可以包括，在第一晶体管对的第一晶体管的栅极 和第一浮置扩散节点之间连接的第一电容器，以及在第二晶体管对的
第二晶体管的栅极和第一浮置扩散节点之间连接的第二电容器。第一 电容量可以高于第二电容量。形成第一浮置扩散节点的第一浮置扩散 区可以不同于形成第二浮置扩散节点的第二浮置扩散区。
在至少一个例子实施例中，该图像传感器还可以包括，在第一浮 置扩散节点和地线之间连接的第一电容器，以及在第二浮置扩散节点 和地线之间连接的第二电容器。例如，第一电容器的电容量可以高于 第二电容器的电容量。
根据例子实施例， 一图像感测系统可以包括，行译码器，接收行 地址和多个控制信号，并产生多个选择信号。该图像感测系统还可以 包括，其中第一像素和第二像素被相互地布置的像素阵列，输出复位 信号和感测信号的像素阵列，该复位信号和感测信号基于多个选择信 号当中的相应信号，由第一像素和第二像素的每一个产生。该图像感 测系统还可以包括，相关(correlated) 二重抽样(CDS)块，接收从 像素阵列输出的复位信号和感测信号，以执行复位信号和感测信号的 CDS,并输出CDS信号。该图像感测系统还可以包括，模数转换器 (ADC)，将从CDS块输出的信号转变为数字图像信号，以及图像信 号处理器(ISP)，基于该数字图像信号输出图像信号，以及基于该图 像信号产生多个控制信号。该第一像素可以包括第一光电二极管、一 对第一晶体管和具有第一电容量的第一浮置扩散节点。该第二像素可 以包括第二光电二极管、 一对第二晶体管和具有第二电容量的第二浮 置扩散节点。第一晶体管对的第一晶体管可以被连接在第一光电二极 管和第一浮置扩散节点之间，以及第一晶体管对的第二晶体管可以被 连接在第一光电二极管和第二浮置扩散节点之间。第二晶体管对的第 一晶体管可以被连接在第二光电二极管和第二浮置扩散节点之间，以 及第二晶体管对的第二晶体管可以被连接在第二光电二极管和第一浮
置扩散节点之间。
该图像感测系统还可以包括，在第一晶体管对的第一晶体管的栅
极和第一浮置扩散节点之间连接的第一电容器，以及在第二晶体管对 的第二晶体管的栅极和第一浮置扩散节点之间连接的第二电容器。第 一电容量可以高于第二电容量。形成第一浮置扩散节点的第一浮置扩 散区可以不同于形成第二浮置扩散节点的第二浮置扩散区。
在至少一个例子实施例中，该图像感测系统还可以包括，在第一 浮置扩散节点和地线之间连接的第一电容器，以及在第二浮置扩散节 点和地线之间连接的第二电容器。例如，第一电容器的电容量可以高 于第二电容器的电容量。
根据例子实施例， 一图像感测方法可以包括，基于由发光体产生 的光能量，产生并积累电荷，通过传输开关接收电荷，以及基于该电 荷，相对于电源电压执行源跟随，并输出源-跟随信号。如果图像传感 器的输出图像比亮度阈值更亮，那么可以通过具有第一电容量的第一 浮置扩散节点执行源-跟随，以及如果图像传感器的输出图像比亮度阈 值更暗，那么可以通过具有第二电容量的第二浮置扩散节点执行源-跟 随。
下面通过参考附图详细描述其优选实施例将使本发明的上述和其 他特点及优点变得更明显，在附图中
图l图示了常规CMOS图像传感器中的像素结构； 图2图示了另一常规CMOS图像传感器中的像素结构； 图3是根据例子实施例，包括像素的CMOS图像感测系统的功能框
图4A图示了根据例子实施例的图3所示CMOS图像感测系统中的
像素结构和光电流的流动；
图4B图示了根据例子实施例的图3所示CMOS图像感测系统中的
像素结构和光电流的流动；
图5图示了根据例子实施例的图4A所示像素的布图6A图示了根据例子实施例的图3所示CMOS图像感测系统中的 像素结构和光电流的流动；
图6B图示了根据例子实施例的图3所示CMOS图像感测系统中的 像素结构和光电流的流动；以及
图7是根据例子实施例的图像感湖!j方法的流程图。
具体实施例方式
在此公开了详细的说明性实施例。但是，在此详细公开的具体结 构和功能仅仅用于描述例子实施例。但是，例子实施例可以以许多替 换的形式体现，不应该被认为仅仅限于在此阐述的实施例。
由此，尽管例子实施例能够进行各种改进和替换形式，但是其实 施例通过附图中的例子示出，以及在此将详细描述。但是应该理解， 这不打算将例子实施例限于所公开的特定形式，相反，例子实施例覆 盖属于例子实施例范围内的所有改进、等效以及替换。在附图的描述 中，相同数字始终指相同元件。
应当理解，尽管在此可以使用术语第一和第二等来描述各个元件， 但是这些元件不应该受这些术语限制。使用这些术语仅仅将一个元件 与另一元件相区别。例如，在不脱离例子实施例的范围的条件下，下 面论述的第一元件可以称为第二元件，同样，第二元件可以称为第一 元件。在此使用的术语"和/或"包括一个或多个相关列项的任意和所 有组合。
应当理解，当一个元件被称为"连接"或"耦合"到另一元件时， 它可以被"直接连接"或"直接耦合"到另一元件，或可以存在插入 元件。相反，当一个元件被称为"直接连接"或"直接耦合"到另一 元件时，不存在插入元件。用来描述元件之间关系的其他单词应该用 同样的方式解释(例如，"在...之间"与"直接在.,.之间"，"相邻" 与"直接相邻"等)。
在此使用的专业词汇仅仅是用于描述具体实施例而不是限制例子
实施例。如在此使用的单数形式"a" ， "an"和"the"同样打算包括 复数形式，除非上下文另外清楚地表明。还应当理解，在此使用术语 "包含"和/或"包括"时，说明所陈述部件、整体、步骤、操作、元 件和/或零件的存在，但是不排除存在或增加一个或多个其他部件、整 体、步骤、操作、元件、零件和/或其组群。
还应该注意，在某些选择性实施方案中，所注释的功能/动作可以 不按图中注释的顺序发生。例如，连续地示出的两个图实际上可以被 基本上同时执行，或有时可以以相反的顺序执行，取决于所涉及的功 能/动作。
为了获得例子实施例、其优点以及由例子实施例的实施实现的目 的的充分理解，参考用于图示例子实施例的附图。下面，通过参考附 图说明例子实施例，将详细地描述它们。附图中的相同参考数字表示 相同的元件。
图3是根据例子实施例，包括像素的CMOS图像感测系统100的功 能框图。CMOS图像感测系统100可以包括行译码器110、像素阵列120、 相关二重抽样(CDS)块130、模数转换器(ADC) 140以及图像信号 处理器(ISP) 150。 CDS块130和ADC 140可以通过单个程序块或分开 程序块实现。
行译码器110可以接收行地址X-ADD和多个控制信号Cf。行译码器 UO可以产生多个选择信号，以及可以输出该多个选择信号到像素阵列 120。像素阵列120可以包括在二维矩阵中布置的多个像素，或阵列型 形式。例如，多个像素的每个像素可以包括P11或P21。多个像素的每 个像素PU和P21可以基于多个选择信号输出复位信号和感测信号。
CDS块130可以接收来自像素阵列120的复位信号和感测信号。此 外，CDS块130可以执行复位信号和感测的相关二重抽样，并基于该抽 样输出相关抽样信号。ADC 140可以将从CDS块130输出的信号转变为
数字图像信号。
ISP 150可以基于从ADC 140输出的数字图像信号，输出图像信号 Vo。此外，ISP可以基于图像信号Vo，产生多个控制信号Cf。
根据输入到CMOS图像感测系统100的光能量的数量，可以基于多 个控制信号Cf选择用于每个像素Pll和P21的光电流路径。之后将更详 细地描述光电流路径选择。
图4A和4B分别图示了根据例子实施例的图3所示CMOS图像感测 系统100中的像素结构和光电流的流动方向。图4A示出了如果CM0S图 像感测系统100的输出图像比预定或希望的亮度(例如，缺省亮度值或 亮度阈值)更亮的光电流流动。图4B示出了如果CM0S图像感测系统 IOO的输出图像比预定或希望亮度更暗的光电流流动。
参考图3至4B， CMOS图像感测系统100中的像素阵列120可以包括 多个像素P11和多个第二像素P21。第一像素P11和第二像素P21可以被 相互地(reciprocally)布置，S卩，CMOS图像感测系统100中的像素的 布置可以从P11至P21地交替，反之亦然。例如，像素P11和像素P21可
以形成像素对。
第一像素P11的每一个可以包括第一光电二极管PD1、第一传输晶 体管TG1、第二传输晶体管TG2、第一浮置扩散节点FD1、第一重置晶 体管RG1、第一放大晶体管F1以及第一选择晶体管S1。
第一光电二极管PD1可以积累由吸收被目标反射的光能量而产生 的电荷。第一光电二极管PD1可以由光电二极管、光敏晶体管、光栅、
针扎(pinned)光电二极管(PPD)、其任意组合或任意适合的光敏器 件实现。
行译码器110可以输出包括第一控制信号Vu、第二控制信号V^、 复位信号V^以及选择信号V^的多个选择信号。第一传输晶体管TG1可 以响应于第一控制信号Vep传送在第一光电二极管PD1处积累的电荷 或光电流到第一浮置扩散节点FD1。
第二传输晶体管TG2可以响应于第二控制信号Vw，传送第一光电 二极管PD1处积累的电荷或光电流到第二像素P21。积累的电荷或光电 流可以被传输到第二像素P21中包括的浮置扩散节点。例如，如果第一 控制信号Vu被激活，那么第二控制信号V^可以被去激活。例如，如果 第一控制信号Vu被去激活，那么第二控制信号Vg,可以被激活。
第一浮置扩散节点FD1可以包括浮置扩散区。该第一浮置扩散节 点FD1可以接收来自第一光电二极管PD1的积累电荷。第一浮置扩散节 点FDl可以具有寄生电容Cll，且因此可以累积地存储来自第一光电二 极管PD1的电荷。具有预定或希望电容量的电容器C12可以被连接到第 一浮置扩散节点FD1。例如，电容器C12可以被并联连接到寄生电容 Cll。
第一复位晶体管RG1可以被连接在第一电源电压VDD和第一浮置 扩散节点FD1之间。第一复位晶体管RG1可以响应于复位信号V^被复 位，即，向上拉第一浮置扩散节点FD1至VDD电平。
第一放大晶体管F1可以被连接在第一电源电压VDD和第一节点 Dl之间。根据第一浮置扩散节点FD1处积累的电荷量，第一放大晶体 管F1可以在具有第一电源电压VDD的第一节点D1上源跟随。第一选择 晶体管Sl可以响应于选择信号Vsp输出从第一放大晶体管Fl输出的源-
跟随信号到列。
第二像素P21的每一个可以包括第二光电二极管PD2、第三传输晶
体管TG3、第四传输晶体管TG4、第二浮置扩散节点FD2、第二复位晶 体管RG3、第二放大晶体管F3以及第二选择晶体管S3。
第二光电二极管PD2可以积累由吸收目标反射的光能量而产生的 电荷。第二光电二极管PD2可以由光电二极管、光敏晶体管、光栅、针 扎光电二极管(PPD)、其任意组合或任意适合的光敏器件来实现。
第三传输晶体管TG3可以响应于从行译码器110输出的控制信号 Vt2，将第二光电二极管PD2处积累的电荷或光电流传输到第二浮置扩 散节点FD2。行译码器110可以输出包括第三控制信号Vt2、第四控制信 号Vp、复位信号V^以及选择信号Vs3的多个选择信号。
第四传输晶体管TG2可以响应于第四控制信号Vg2，将第二光电二 极管PD2处积累的电荷或光电流传输到第一像素P11。积累的电荷或光 电流可以被传输到第一像素P11中包括的浮置扩散节点。第二浮置扩散 节点FD2可以被配置为浮置扩散区，以及可以经由第二传输晶体管TG2 接收第一光电二极管PD1处积累的电荷。替换地，第二浮置扩散节点 FD2可以经由第三传输晶体管TG3，接收在第二光电二极管PD2处积累 的电荷。第二浮置扩散节点FD2可以具有寄生电容C2，且因此可以累积 地存储来自第一光电二极管PD1或第二光电二极管PD2的电荷。第二浮 置扩散节点FD2的电容量可以低于第一浮置扩散节点FD1的电容量。
第二复位晶体管RG3可以被连接在第一电源电压VDD和第二浮置 扩散节点FD2之间。第二复位晶体管可以响应于复位信号VR2，复位第 二浮置扩散节点FD2。
第二放大晶体管F3可以被连接在第一电源电压VDD和第二节点 D2之间。第二放大晶体管可以根据第二浮置扩散节点FD2处积累的电
荷纛，源跟随具有第一电源电压VDD的第二节点D2。第二选择晶体管 S3可以响应于选择信号Vs3，将从第二放大晶体管F3输出的源跟随信号 输出到列。因此，像素可以被分类为第一像素P11和第二像素P21对， 包括第一像素P11中的浮置扩散节点FD1和第二像素P21中的第二浮置 扩散节点FD2。
参考图4A，如果图3所示的CMOS图像感测系统100的输出图像比 预定或希望亮度更亮，那么虛线H1、 H2、 H3和H4可以表示光电流的流 动。如果基于从ADC140 (图3所示)输出的信号，CMOS图像感测系统 IOO的输出图像比预定或希望亮度更亮，那么SIP 150可以产生多个控制 信号Cf，以控制由相应光电二极管产生的光电荷(或光电流)，用于 在相应的第一浮置扩散节点FD1处积累。例如，响应于控制信号Vt,和 Vg2，第一传输晶体管TG1和第四传输晶体管TG4分别被导通，以及响 应于控制信号V^和Vt2，第二传输晶体管TG2和第三传输晶体管TG3分 别被截止。因此，在相应的第一浮置扩散节点FD1处可以积累由第一和 第二光电二极管PD1和PD2的每一个产生的光电荷。
参考图4B，如果图3所示的CMOS图像感测系统100的输出图像比 预定或希望亮度更暗，那么虚线L1、 L2、 L3和L4可以表示光电流的流 动。如果CMOS图像感测系统100的输出图像比预定或希望亮度更暗， 那么SIP 150可以产生多个控制信号Cf，以控制由相应光电二极管产生 的光电荷，用于在相应第二浮置扩散节点FD2处积累。例如，响应于控 制信号Vu和Vg2，第一传输晶体管TG1和第四传输晶体管TG4分别被导 通，以及响应于控制信号V^和Vt2，第二传输晶体管TG2和第三传输晶 体管TG3分别被导通。因此，在相应的第二浮置扩散节点FD2处可以积 累由第一和第二光电二极管PD1和PD2的每一个产生的光电荷。
根据例子实施例，CMOS图像感测系统100可以根据输出图像是否 比预定或希望亮度更亮或更暗，改变用于传输到浮置扩散节点的光电 流的路径。例如，根据通过CMOS图像感测系统100输入的光能量的数
且 里。
图5图示了根据例子实施例的图4A所示像素P11和P21的布图。参 考图3至5，在像素PU和P21的布图中，像素P11和P21可以是构成像素 阵列120的单元像素，被粗实线限定的区域A1和A2是有源区。有源区 A1和A2的外区域B1和B2是隔离区。
各个传输晶体管TG1至TG4的栅极、复位晶体管RG1和RG3的栅 极、放大晶体管F1和F3的栅极以及选择晶体管S1和S3的栅极可以被布 置跨越相应的有源区A1和A2。如图5所示，形成第一浮置扩散节点FD1 的浮置扩散区的面积可以大于形成第二浮置扩散节点FD2的浮置扩散 区的面积。
形成第一浮置扩散节点FD1的浮置扩散区以及形成第二浮置扩散 节点FD2的浮置扩散区每个可以具有与它们的面积成正比的寄生电容。 由此，第一浮置扩散节点FD1的第一电容量可以高于第二浮置扩散节点 FD2的第二电容量。
图6A和6B分别图示了根据例子实施例的图3所示CMOS图像感测 系统100中的像素结构和光电流的流动方向。图6A示出了如果CMOS图 像感测系统100的输出图像比预定或希望亮度更亮的光电流的流动。图 6B示出了如果CMOS图像感测系统100的输出图像比预定或希望亮度 更暗的光电流的流动。
参考图3和6A， CMOS图像感测系统100中的像素阵列120可以包括 多个第一像素P11和多个第二像素P21。图6A所示的每个第一像素P11 附加地可以包括第一和第二升压(boosting)电容器Cbl和Cb2，可与图 4A所示的每个第一像素P11相比较。
第一升压电容器Cbl可以被连接在第一传输晶体管TGl的栅极和
第一浮置扩散节点FD1之间。第一升压电容器Cbl可以被第一控制信号 Vu充电，以及可以响应于由第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2 产生的光电流，抽吸电荷。由此，第一浮置扩散节点FD1的第一电容量 可以与抽吸的电荷成比例地增加。第二升压电容器Cb2可以被连接在第 四传输晶体管TG4的栅极和第二浮置扩散节点FD1之间。第二升压电容 器Cb2可以被第四控制信号Vg2充电，以及可以响应于由第一光电二极 管PD1和第二光电二极管PD2产生的光电流，抽吸(pump)电荷。由此， 第一浮置扩散节点FD1的第一电容量可以与抽吸的电荷成比例地增加。 因此，第一浮置扩散节点FD1的第一电容量可以变得高于第二浮置扩散 节点FD2的第二电容量。
参考图6A，如果图3所示的CMOS图像感测系统100的输出图像比 预定或希望亮度更亮，那么虚线Hll、 H12、 H13和H14可以表示光电流 的流动。如果CMOS图像感测系统100的输出图像比预定或希望亮度更 亮，那么图3所示的SIP 150可以产生多个控制信号Cf，以控制光电荷， 用于在第一浮置扩散节点FD1处积累。例如，如果第一传输晶体管TG1 和第四传输晶体管TG4被导通，以及第二传输晶体管TG2和第三传输晶 体管TG3被截止，图6A图示了光电流路径H11， H12， H13和H14。因此， 在图6A中，由第一和第二光电二极管PD1和PD2产生的光电流可以被积 累在第一浮置扩散节点FD1处。
参考图6A，如果图3所示的CMOS图像感测系统100的输出图像比 预定或希望亮度更暗，那么虚线Lll、 L12、 L13和L14可以表示光电流 的流动。如果CMOS图像感测系统100的输出图像比预定或希望亮度更 暗，那么图3所示的SIP 150可以产生多个控制信号Cf，以控制光电荷， 用于在第二浮置扩散节点FD2处积累。例如，如果第一传输晶体管TG1 和第四传输晶体管TG4被截止，以及第二传输晶体管TG2和第三传输晶 体管TG3被导通，那么图6B图示了光电流路径L11， L12， L13和L14。 因此，在图6B中，由第二和第二光电二极管PD1和PD2产生的光电荷可 以被积累在第二浮置扩散节点FD2处。
由此，CMOS图像感测系统100可以根据输出图像是否比预定或希 望亮度更亮或更暗，选择用于传输到浮置扩散节点的光电流的路径。
例如，根据通过CMOS图像感测系统100输入的光能量的数量。
图7是根据例子实施例的图像感测方法的流程图。参考图3,4A和7, 在操作S10中，每个光电二极管PD1和PD2可以积累由吸收目标反射的
光能量而产生的电荷。
在操作S20中，ISP 150可以决定CMOS图像感测系统100的输出图 像是否比预定或希望亮度更亮。如果CMOS图像感测系统100的输出图 像比预定或希望亮度更亮，那么在操作S22中，可以在第一浮置扩散节 点FD1处积累每个光电二极管PD1和PD2处积累的电荷。
但是，如果CMOS图像感测系统100的输出图像比预定或希望亮度 更暗，那么在操作S25中，可以在第二浮置扩散节点FD2处积累每个光 电二极管PD1和PD2处积累的电荷。
在操作S30中，根据相应浮置扩散节点FD1或FD2处积累的电荷量， 第一和第二放大晶体管？1和？3的每一个在相应节点01或02上执行源-跟随，利用第一电源电压VDD。
如上所述，根据例子实施例，为一个光电二极管提供两个浮置扩 散节点，以便可以根据CMOS图像传感器上的光入射，选择用于流向浮 置扩散节点的光电流的路径。因此，可以增加CMOS图像传感器的输出 信号的传输效率。
尽管已参考附图具体展示和描述了本发明，但是本领域的普通技 术人员应当明白，在不脱离以下权利要求所限定的本发明的精神和范 围的条件下，可以在形式上和细节上进行各种改变。
权利要求
1.一像素对，包括第一像素，包括第一光电二极管、第一晶体管对以及具有第一电容量的第一浮置扩散节点；第二像素，包括第二光电二极管、第二晶体管对以及具有第二电容量的第二浮置扩散节点；其中，第一晶体管对的第一晶体管被连接在第一光电二极管和第一浮置扩散节点之间；第一晶体管对的第二晶体管被连接在第一光电二极管和第二浮置扩散节点之间；第二晶体管对的第一晶体管被连接在第二光电二极管和第二浮置扩散节点之间；以及第二晶体管对的第二晶体管被连接在第二光电二极管和下一个像素对的第一浮置扩散节点之间；以及第一电容量大于第二电容量。
2.根据权利要求l的像素对，还包括在第一晶体管对的第一晶体管的栅极和第一浮置扩散节点之间连 接的第一电容器；以及在第二晶体管对的第二晶体管的栅极和下一个像素对的第一浮置 扩散节点之间连接的第二电容器。
3.根据权利要求2的像素对，其中第一电容量包括第一电容器的 电容量和第一浮置扩散节点的寄生电容量。
4. 一像素阵列，包括如权利要求l所限定的多个像素对，其中 该像素阵列输出复位信号和感测信号；该复位信号和感测信号基于多个选择信号的相应选择信号。
5. —图像感测系统，包括 如权利要求4中所限定的像素阵列；行译码器，接收行地址和多个控制信号，并产生多个选择信号； 相关二重抽样(CDS)块，接收从像素阵列输出的复位信号和感测信号，以执行复位信号和感测信号的CDS，并输出CDS信号；模数转换器(ADC)，将从CDS块输出的信号转变为数字图像信 号；以及图像信号处理器(ISP)，基于该数字图像信号输出图像信号，并 基于该图像信号产生多个控制信号。
6. 根据权利要求l的像素对，其中第一电容量包括第一浮置扩散 节点的寄生电容量和电容器的电容量。
7. —像素阵列，包括 如权利要求6所限定的多个像素对，其中 该像素阵列输出复位信号和感测信号；该复位信号和感测信号基于多个选择信号的相应选择信号。
8. —图像感测系统，包括 如权利要求7中所限定的像素阵列；行译码器，接收行地址和多个控制信号，并产生多个选择信号； 相关二重抽样(CDS)块，接收从像素阵列输出的复位信号和感测信号，以执行复位信号和感测信号的CDS，并输出CDS信号；模数转换器(ADC)，将从CDS块输出的信号转变为数字图像信号；以及图像信号处理器(ISP)，基于该数字图像信号输出图像信号，并 基于该图像信号产生多个控制信号。
9. 根据权利要求l的像素对，其中形成第一浮置扩散节点的第一 浮置扩散区不同于形成第二浮置扩散节点的第二浮置扩散区。
10. 根据权利要求l的像素对，其中形成第一浮置扩散节点的第一 浮置扩散区具有比形成第二浮置扩散节点的第二浮置扩散区更大的面 积。
11. 根据权利要求l的像素对，还包括在第一浮置扩散节点和地线之间连接的第一电容器；以及 在第二浮置扩散节点和地线之间连接的第二电容器。
12. 根据权利要求ll的像素对，其中第一电容器具有大于第二电 容器的电容量的电容量。
13. —像素阵列，包括如权利要求ll所限定的多个像素对，其中 该像素阵列输出复位信号和感测信号；该复位信号和感测信号基于多个选择信号的相应选择信号。
14. 一图像感测系统，包括 如权利要求13中所限定的像素阵列；行译码器，接收行地址和多个控制信号，并产生多个选择信号； 相关二重抽样(CDS)块，接收从像素阵列输出的复位信号和感测信号，以执行复位信号和感测信号的CDS，并输出CDS信号；模数转换器(ADC)，将从CDS块输出的信号转变为数字图像信号；以及图像信号处理器(ISP)，基于该数字图像信号输出图像信号，并 基于该图像信号产生多个控制信号。
15. —种包括权利要求l所限定的多个像素对的像素阵列，其中 该像素阵列输出复位信号和感测信号；该复位信号和感测信号基于多个选择信号的相应选择信号。
16. —图像感测系统，包括 如权利要求15中所限定的像素阵列；行译码器，接收行地址和多个控制信号，并产生多个选择信号；相关二重抽样(CDS)块，接收从像素阵列输出的复位信号和感 测信号，以执行复位信号和感测信号的CDS，并输出CDS信号；模数转换器(ADC)，将从CDS块输出的信号转变为数字图像信 号；以及图像信号处理器(ISP)，基于数字图像信号输出图像信号并基于 该图像信号产生多个控制信号。
17. —种图像感测方法，包括 基于来自发光体的入射光能量，积累电荷； 通过传输开关接收电荷；基于该电荷，相对于电源电压而源-跟随；以及 输出源-跟随的信号；其中源-跟随包括，如果图像传感器的输出图像比亮度阈值更亮， 通过具有第一电容量的第一浮置扩散节点的源-跟随，以及如果图像传 感器的输出图像比亮度阈值更暗，那么通过具有第二电容麓的第二浮 置扩散节点的源-跟随。
18. 根据权利要求17的方法，其中第一电容量大于第二电容量。
全文摘要
例子实施例可以涉及CMOS图像传感器和图像感测方法，根据入射光的数量或入射光量，选择用于光电流的路径。该CMOS图像传感器可以包括由多个像素对构成的像素阵列。像素对可以包括第一像素，包括第一光电二极管、第一晶体管对以及具有第一电容量的第一浮置扩散节点。该像素对还可以包括第二像素，包括第二光电二极管、第二晶体管对以及具有第二电容量的第二浮置扩散节点。第一晶体管对的第一晶体管可以被连接在第一光电二极管和第一浮置扩散节点之间。第一晶体管对的第二晶体管可以被连接在第一光电二极管和第二浮置扩散节点之间。第二晶体管对的第一晶体管可以被连接在第二光电二极管和第二浮置扩散节点之间。第二晶体管对的第二晶体管可以被连接在第二光电二极管和下一个像素对的第一浮置扩散节点之间。第一浮置扩散节点的第一电容量可以大于第二浮置扩散节点的第二电容量。
文档编号H04N3/15GK101106658SQ200710110170
公开日2008年1月16日 申请日期2007年6月14日 优先权日2006年7月14日
发明者朴钟银, 李容济 申请人:三星电子株式会社