图像传感器的制作方法

本发明整体涉及成像系统，更具体地涉及具有全局快门功能的成像系统，尤其涉及图像传感器。

背景技术：

现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像器(即，图像传感器)常常包括图像感测像素的二维阵列。每个像素通常包括光传感器，诸如光电二极管，所述光传感器接收入射光子(入射光)并把光子转变为电信号。

常规图像传感器是通过使用互补金属氧化物半导体(cmos)技术或电荷耦接器件(ccd)技术在半导体衬底上制造而成。在cmos图像传感器中，可使用卷帘快门或全局快门。在具有全局快门的cmos图像传感器中，存储节点区通常被并入每个像素以存储来自光电二极管的电荷以进行读出。此外，没有独立电荷存储区的全局快门像素可以使用浮动扩散以用于电荷存储。存储区可收集破坏光来自电二极管的电荷的不期望杂散光。这可增加像素中的噪声(例如，增加浮动扩散区处的对寄生光的灵敏度并降低全局快门效率)，由此降低图像质量。

因此，可能期望的是能够提供改善的具有全局快门功能的图像传感器。

技术实现要素：

本发明的一方面提供了一种图像传感器，包括：图像像素的阵列，其中所述阵列中的图像像素包括经由第一路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成图像电平信号的光敏元件，以及经由第二路径耦接到所述浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构，其中所述第一路径与所述第二路径分开；以及控制电路，所述控制电路可操作以对所述图像电平信号执行读出操作并且对所述寄生光噪声电平信号执行读出操作。

本发明的另一方面提供了一种图像传感器，包括：布置成行和列的图像像素，其中所述图像像素中的每个图像像素包括经由第一路径耦接到读出电路并且可操作以生成图像信号的光敏元件，以及经由第二路径耦接到所述读出电路并且可操作以生成寄生光信号的电荷存储结构，其中所述第一路径与所述第二路径分开；以及控制电路，所述控制电路可操作以断言针对所述图像像素的第一全局控制信号以便开始生成所述图像信号，控制所述图像像素以开始生成所述寄生光信号，并且以逐行方式对多组的所述图像信号和所述寄生光信号执行读出操作，每组对应于所述行中的一行的所述图像信号和所述寄生光信号。

本发明的又一方面提供了一种图像传感器，包括：图像像素的阵列，其中所述阵列中的图像像素包括耦接到浮动扩散区并且可操作以生成图像电平信号的光敏元件，耦接到所述浮动扩散区并且可操作以生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构，以及插置在所述光敏元件和所述浮动扩散区之间的附加电荷存储结构；以及控制电路，所述控制电路可操作以在所述阵列上断言控制信号以便开始生成所述图像电平信号并开始生成所述寄生光噪声电平信号，并且在所述阵列上以逐行方式对所述图像电平信号和所述寄生光噪声电平信号执行读出操作。

附图说明

图1是根据一些实施方案的例示性成像系统的示意图，该成像系统可以包括具有可在全局快门模式下操作的图像像素的图像传感器。

图2是根据一些实施方案的例示性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关联读出电路的示意图。

图3是根据实施方案的可在全局快门模式下操作的例示性图像像素的示意图。

图4是根据一些实施方案的具有电荷存储区的例示性图像像素的示意图，该电荷存储区存储寄生光参考电压，也称为噪声。

图5a和图5b是根据一些实施方案的用于以全局快门模式操作图4所示类型的图像像素的例示性时序图。

图6是根据一些实施方案的具有电荷存储区的例示性图像像素的示意图，该电荷存储区存储噪声参考电压并且耦接到附加存储区。

图7是根据一些实施方案的用于以全局快门模式操作图6所示类型的图像像素的例示性时序图。

图8是根据一些实施方案的具有电荷存储区的例示性图像像素的示意图，该电荷存储区存储噪声参考电压并且耦接到浮动扩散区。

图9是根据一些实施方案的用于以全局快门模式操作图8所示类型的图像像素的例示性时序图。

具体实施方式

电子设备中的图像传感器，诸如数码相机、计算机、蜂窝电话和其他电子设备中的图像传感器，用于聚集传入的图像光以拍摄图像。图像传感器可包括成像像素的阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如光电二极管，用于把传入的图像光转换为图像信号。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路，诸如用于操作成像像素的电路，以及用于读出光敏元件生成的电荷对应的图像信号的读出电路。

图1为例示性成像系统的示意图，该成像系统使用具有全局快门功能的图像传感器。图1的成像系统10可为便携式电子设备(诸如相机、蜂窝电话、摄像机或采集数字图像数据的其他成像设备)。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应图像传感器16。图像传感器16可为具有图像像素30的阵列的图像传感器集成电路管芯。图像像素30可各自包括用于控制何时在图像像素上获取电荷的快门元件。

在图像拍摄操作期间，镜头14可将来自场景的光聚焦于图像传感器16中的图像像素阵列上。图像传感器16可将对应的数字图像数据提供给控制电路，诸如存储和处理电路18。

电路18可包括一个或多个集成电路(如，图像处理电路、微处理器、存储设备诸如随机存取存储器和非易失性存储器等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的部件(如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关的模块12内集成电路的一部分的电路)来实现。还可使用处理电路18进一步处理和/或存储已被相机模块12捕获的图像数据。如果需要，已处理图像数据可使用耦接至处理电路18的有线和/或无线通信路径提供给外部设备(如，计算机或其他设备)。处理电路18可用于控制图像传感器16的操作。

如图2所示，图像传感器16可包括含有被布置成行和列的图像传感器像素30(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列19以及控制和处理电路23。阵列19可包含例如数百或数千行以及数百或数千列的图像传感器像素30。控制电路23可耦接到行控制电路25和图像读出电路27(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路25可从控制电路23接收行地址，并且通过行控制路径29将对应的行控制信号，诸如复位控制信号、行选择控制信号、电荷转移控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素30。可将一根或多根导线(诸如，列线31)耦接到阵列19中的像素30的每一列。列线31可用于从像素30读出图像信号以及用于将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)提供给像素30。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路25选择阵列19中的像素行，并且可沿列线31读出由该像素行中的图像像素30生成的图像信号。

图像读出电路27可以通过列线31接收图像信号(例如，由像素30生成的模拟像素值)。图像读出电路27可包括用于对从阵列19读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路或倍增器电路、模拟-数字转换(adc)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的锁存电路，或者耦接到阵列19中的一个或多个像素列以用于操作像素30和用于从像素30读出图像信号的其他电路。读出电路27中的adc电路可将从阵列19接收的模拟像素值转换成对应数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路27可针对一个或多个像素列中的像素将数字像素数据提供给控制和处理电路23和/或处理器18(图1)。

如果需要，图像像素30可包括多于一个光敏区，以响应于图像光而生成电荷。图像像素30内的光敏区可成行成列地布置在阵列19上。像素阵列19可以设置有具有多个(颜色)过滤器元件(每个过滤器元件对应于相应像素)的过滤器阵列，该过滤器阵列允许单个图像传感器对不同颜色或各组波长的光进行采样。作为示例，诸如阵列19中的图像像素的图像传感器像素可设置有具有红色、绿色和蓝色过滤器元件的滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用对应的被布置成拜耳马赛克图案的红色、绿色和蓝色图像传感器像素对红光、绿光和蓝光(rgb)进行采样。

拜耳马赛克图案由两×两个图像像素的重复单元格组成，其中两个绿色图像像素(在使绿光穿过的过滤器元件下方)沿对角线彼此相对并且邻近红色图像像素(在使红光通过的过滤器元件下方)，该红色图像像素与蓝色图像像素(在使蓝光通过的过滤器下方)沿对角线相对。在另一个合适示例中，拜耳图案中的绿色像素可以被替换为具有宽带滤色器元件(例如，透明滤色器元件、黄色滤色器元件等)的宽带图像像素。在又一个示例中，拜耳图案中的绿色像素中的一个可以由在ir滤色器元件下方形成的红外(ir)图像像素代替，和/或剩余的红色、绿色和蓝色图像像素也可以对ir光敏感(例如，可以在除了其相应颜色的光之外还使ir光通过的过滤器元件下方形成)。这些示例仅仅是例示性的，并且一般来讲，可在任何期望数量的图像像素30上方形成任何期望颜色和/或波长和任何期望图案的过滤器元件。

另外，可以在每个图像像素30上方形成单独的微透镜(例如，其中滤光器元件或滤色器元件插置在微透镜和图像像素30之间)。微透镜可以形成微透镜阵列，其与滤光器元件阵列和图像传感器像素30的阵列重叠。每个微透镜可以将来自成像系统透镜的光聚焦到对应图像像素30上，或者聚焦到多个图像像素30上(如果需要)。

图像传感器16可包括图像像素30的一个或多个阵列19。可使用互补金属氧化物半导体(cmos)技术或电荷耦接器件(ccd)技术或任何其他合适的光敏设备技术，在半导体衬底中形成图像像素30。图像像素30可为前照式(fsi)图像像素或背照式(bsi)图像像素。如果需要，图像传感器16可包括集成电路封装或其中多个集成电路衬底层或芯片相对于彼此垂直堆叠的其他结构。在这种情况下，可将电路23、电路25和电路27中的一个或多个竖直地堆叠在图像传感器16内的阵列19上方或下方。如果需要，线31和29在这种情况下可由竖直导电通孔结构(例如，硅贯通孔或tsv)和/或水平互连线路形成。

图3是例示性图像像素30的电路图。如图3所示，像素30包括光敏元件，诸如光电二极管20。可在正电源端子22处提供正电源电压vaa。可由光电二极管20收集入射光。在某些实施例中，可包括滤色器结构，并且入射光可先穿过滤色器结构然后再被光电二极管20收集。光电二极管20可响应于接收入射的光子而生成电荷(例如电子)。由光电二极管20收集的电荷量取决于入射光的强度和曝光持续时间(或积分时间)。

在获取图像之前，可接通复位晶体管26以将电荷存储结构28(有时称为浮动扩散区或fd)复位为电压vaa。可以使用电荷读出电路来读出存储在浮动扩散区28处的复位电压电平。电荷读出电路可包括源极跟随器晶体管40和行选择晶体管42。复位电平信号可以被存储并且随后在相关双采样读出方案中与图像电平信号一起使用。

像素30可包括诸如ab晶体管32的ab(抗光晕)复位晶体管。当复位晶体管32接通时，光电二极管20可被复位为电源电压vaa(例如通过复位晶体管32将vaa连接至光电二极管20)。当ab晶体管32被关断时，可允许光电二极管20累积光生电荷。

像素30可包括转移晶体管38。可接通转移晶体管38以将电荷从光电二极管20转移至浮动扩散区28。浮动扩散区28可以是掺杂半导体区(例如，通过离子注入、杂质扩散或其他掺杂工艺在硅衬底中掺杂的区)。

作为示例，在生成并读出复位电平信号之前或之后，ab晶体管32可以关闭(例如，接通并然后关断)以在光电二极管20处开始电荷累积。在合适的积分时段之后，可以接通转移晶体管38以将累积电荷转移到浮动扩散区28。然后可以使用电荷读出电路(例如，晶体管40和42)来读出累积电荷。

行选择晶体管42可具有由行选择信号控制的栅极。断言行选择信号时，晶体管42接通，并且对应的信号vout(例如，大小与浮动扩散节点28处的电荷量成比例的输出信号)被传递到像素输出路径。针对复位电平信号读出以及针对图像电平信号读出都发生这种情况。

在典型图像像素阵列配置中，存在多行和多列像素30。列读出路径可与每列像素30相关联(例如，一列中的每个图像像素30都可通过相关联的行选择晶体管42耦接到像素输出路径)。可断言行选择信号，将来自所选图像像素的信号vout读出到列读出路径上。可将图像数据vout馈送给处理电路18，以便进一步处理。图3的电路仅仅是例示性的。

然而，以上述方式使用像素30无法解决并防止不期望的杂散光破坏存储在像素30中的浮动扩散区28处的图像信号。不期望的杂散光会导致在像素30中的浮动扩散区28处引入噪声。为了管理和解决所引入的噪声，将引入诸如图4中的图像像素30’的图像像素。

如图4所示，图4中的像素30’可以具有与图3中的像素30中的部件类似的一些部件，并且为了防止不必要地模糊本实施方案，将省略对这些部件的描述。除非以下另外描述，否则在图4中具有与图3中的元件中的参考标记类似的参考标记的元件可以被假定为起到类似的功能，以类似方式操作等。

像素30’可以附加地包括双转换增益晶体管60、电荷存储结构62和电容器64。晶体管60可以将电荷存储结构62耦接到浮动扩散区28。电容器64可以插置在电荷存储结构62和正电压源22(例如，电压源轨)之间。这样，电容器64可以帮助将电荷保持在电荷存储结构62的存储节点处(例如，使电压vaa从存储结构62脱离)。作为示例，电荷存储结构62可以是电容器、存储二极管、存储节点、存储栅极、具有以与浮动扩散区28类似的方式形成的存储区的存储电荷结构等。如果需要，电荷存储结构62可以具有比浮动扩散区28的存储容量更大的存储容量(例如，其为两倍大、三倍大、五倍大、十倍大等)。

在一些实施方案中，电荷存储结构62可以在存储图像电荷时扩展浮动扩散区28的存储容量(例如，通过当浮动扩散区28处存储的电荷高于晶体管60的势垒并溢流到存储结构62等时，激活晶体管60)。作为示例，电荷存储结构62可能以低转换增益(lcg)模式扩展浮动扩散区28的存储容量，并且浮动扩散区28(而不是电荷存储结构62)可用于以高转换栅极(hcg)模式存储图像电荷。

代替或补充这些功能(例如，代替lcg模式和/或补充hcg模式)，电荷存储结构62可以被配置为捕获和存储寄生光参考电压或杂散光参考电压。寄生光参考电压电平可以表示和/或对应于到达浮动扩散区28的不期望寄生光的量。为了更准确地表示和/或对应于到达浮动扩散区28的不期望寄生光，电荷存储结构62可以被放置在与扩散区28的环境类似的环境中和/或以与扩散区28类似的方式设置(例如，邻近像素布局中的扩散区28，在与扩散区28相同的管芯中，在类似的光学环境中，具有相似的深度，具有类似的尺寸，具有类似的形状，由类似的材料形成等)。

通过监测和存储与由浮动扩散区28不期望地捕获的寄生光相对应的参考电压电平(例如，使用存储结构62)，像素30’可以估计并解决图像信号中的寄生噪声。作为示例，可以使用像素30’中的电荷读出电路来将存储在存储结构62处的参考电压转移到浮动扩散区28以用于随后读出，这类似于为了生成复位电平信号和图像电平信号而进行的操作。然后可以从图像电平信号中减去读出噪声参考信号，以解决图像电平信号中的任何噪声污染。如果需要，可以针对复位电平信号类似地进行这种操作。

另外，读出噪声参考信号可以按比例缩放，然后根据需要被减去以表示图像电平信号中的寄生噪声的实际量。作为示例，在一些实施方案中，存储噪声参考电压电平的存储结构62的寄生光灵敏度可以比浮动扩散区28的寄生光灵敏度高两倍。这样，在从图像电平信号中减去读出噪声参考信号之前，可以将读出噪声参考信号减半(或以任何其他方式缩放以解决浮动扩散区28与存储结构62之间的灵敏度差异)。作为另一个示例，可以在不同时间将浮动扩散区28和存储结构62复位为像素参考电压，并且在两个不同长度的时间内，图像电压电平可以暴露于与噪声参考电压电平不同的噪声量。这样，可以根据这些定时差异来缩放读出噪声参考信号。这些缩放和减法操作可以由列读出电路和/或数字信号处理电路适当地使用数字处理(或者如果需要，模拟处理)来执行。

图5a和图5b示出了用于以寄生噪声收集模式操作具有图4所述类型的图像像素(例如，图像像素30’)的阵列的图像传感器的例示性时序图。具体地，在时段t1期间，可以断言在行n的像素30’中的晶体管26和60(分别接收控制信号rst<n>和dcg<n>)，以将这些像素中的浮动扩散区28和存储结构62复位为复位电平电压。还可以在时段t1期间使用这些像素(行n的像素)中的相应电荷读出电路来读出复位电平电压，以生成复位电平信号shr<n>。在时段t2期间，针对另一行的像素(行n+1中的像素)，可能进行类似的浮动扩散区/电荷存储区复位操作和复位电压读出操作。电荷存储区复位操作和复位电压读出操作可以在像素阵列中的所有行上以逐行滚动的方式进行(例如，在逐行操作中)。

然后，与较早逐行操作的一部分重叠或在其之前，全局操作可以开始。作为示例，全局操作可以包括在时段t3期间在不同行的像素中(例如，所有像素中)使用全局控制信号ab和tx来快门开关或接通和关断晶体管32和38。如果需要，可以在没有晶体管38的情况下快门开关晶体管32。

在时段t3之后，可以发生积分时段(例如，在时段t4期间，即从时段t3的结束到时段t5的结束跨越的时段)。在积分时段期间，每个有效像素中的相应光电二极管20可以响应于入射光而累积电荷。在时段t5，可以断言全局信号tx以将光电二极管20处的累积电荷转移到对应浮动扩散区28。逐行(读出)操作可随后进行。如果需要，全局操作可以使一些逐行操作重叠以延长积分时段的长度。

在时间段t6，可以激活行n的像素中的电荷读出电路(例如，源极跟随器晶体管40和行选择晶体管42)以生成图像电平信号shs<n>。随后，在时段t7期间，可以针对行n中的像素断言控制信号rst<n>以激活对应晶体管26以便复位浮动扩散区28，从而移除先前获取的光电二极管信号和任何寄生光获取的噪声。在合适的时间段之后，可以针对行n中的像素断言控制信号dcg<n>以激活对应晶体管60，以便将寄生光噪声电平电压转移到浮动扩散区28。也可以使用电荷读出电路来读出寄生光噪声电平电压以生成寄生光噪声电平信号calib<n>。针对另一行(例如，行<n+1>)中的像素，可以在t8和t9中进行与时段t6和t7中类似的操作。图像信号和寄生光噪声电平信号的读出操作可以在像素阵列中的所有行上以逐行滚动的方式进行(例如，在逐行操作中)。

数字处理电路可以执行对应图像电平信号和噪声电平信号的线性组合(例如，对它们进行缩放和减法操作)以生成具有减小的噪声的图像电平信号。

而在图4中，晶体管60和晶体管26被示为并联，这仅是例示性的。如果需要，晶体管60可以沿着电压端子22和浮动扩散区28之间的共享路径与晶体管26串联耦接，并且其他附加电路(例如，晶体管、电容器、开关等)可以耦接到共享路径。另外，尽管本文描述的一些实施方案涉及五晶体管像素配置，但这仅是例示性的。如果需要，可操作以存储参考噪声电压电平的电荷存储结构(诸如图4中的结构62)可以在任何合适的像素中实现，诸如可在全局快门模式下操作的像素，该像素具有多于五个晶体管、少于五个晶体管、或具有添加到图4的像素配置的附加结构(例如，二极管、晶体管、存储结构等)。本文描述的特征可以类似地描述上述像素配置。

在一些实施方案中，电荷存储结构62可以直接耦接到图4中的像素30’中的像素(列)读出电路和旁路电荷读出电路。如果需要，电荷存储结构62可以具有并耦接到一组单独读出电路(例如，其与晶体管40和42不同，不需要与浮动扩散区28的连接等)。

在一些实施方案中，可以在从图像电平信号中减去寄生光噪声电平信号之前，通过增益因子和/或偏移来调整寄生光噪声电平信号。在一些实施方案中，如果图像电平信号大于寄生光噪声电平信号，则(数字)处理电路可以仅减去寄生光噪声电平信号。在一些实施方案中，如果寄生光噪声电平信号高于(预定)给定阈值，则(数字)处理电路可以仅从图像电平信号中减去寄生光噪声电平信号(例如，以经由减法操作来避免噪声的添加)。在一些实施方案中，如果图像电平信号小于某个饱和量，则(数字)处理电路可以仅从图像电平信号中减去寄生光噪声电平信号(例如，以避免明亮物体的去饱和)。这些减法标准可以应用于任何合适的寄生噪声参考存储电路。

在一些实施方案中，具有像素30’的图像传感器可以利用寄生光噪声电平信号和图像电平信号(在光电二极管处生成)之间的差异作为用于监测和检测移动对象的手段。这样，控制电路可以可操作以基于寄生光噪声电平信号和图像电平信号之间的比较来执行对象检测操作。

在一些实施方案中，低转换增益存储节点(例如，电容器)可以用作全局快门效率监测器。这样，低转换增益存储节点也可以在高转换增益操作模式期间(例如，当高转换增益存储节点存储光电二极管针对高转换增益存储节点生成的电荷时)可操作。存储在低转换增益存储节点处的信号可以用于减掉存储在高转换增益存储节点处的信号内部的寄生噪声信号。作为示例，减法操作可以部分地由数字缩放器执行。在图像是“弱光”图像并且寄生信号为高(例如，明亮)的情况下，这可以是特别有用的。

如结合图4的像素配置描述的，图4中的电荷存储区62可以由存储二极管和/或其他结构形成，并且可以相对于像素电路的其余部分以不同配置来实现。作为示例，图6示出了像素(例如，在本文中类似地称为像素30’)，其包括通过存储二极管82(在本文中有时称为电荷存储区或电荷存储结构)耦接到浮动扩散区28的存储二极管62(在本文中有时称为参考二极管)。存储二极管62可以是钉扎二极管(例如，具有相关联钉扎电压)。如果需要，存储二极管82可以被实现为存储栅极或其他存储结构。

如图6所示，图6中的像素30’可以具有与图4中的像素30’中的部件类似的一些部件，并且为了防止不必要地模糊本实施方案，将省略对这些部件的描述。除非本文中另外描述，否则在图6中具有与图4中的元件中的参考标记类似的参考标记的元件可以被假定为起到类似的功能，以类似方式操作等。

在像素30’的这种配置中，存储二极管82可以插置在光电二极管20和浮动扩散区28之间。两个晶体管80和82可以分别将光电二极管20耦接到存储二极管82，并且可以将存储二极管82耦接到浮动扩散区28。存储二极管62可以插置在晶体管86和88之间。晶体管86可以将电源端子22耦接到存储二极管62，由此为存储二极管62提供复位路径。晶体管88可以将存储二极管62耦接到存储二极管82。

存储二极管62可以类似地生成并存储寄生光信号，并且通过晶体管88、存储二极管82和晶体管84将寄生光信号转移到浮动扩散区28。一旦处于浮动扩散区28，就可以使用晶体管40和42(或其他单独的读出晶体管)来读出寄生光信号。光电二极管20可以生成图像信号，并且通过晶体管80、存储二极管82和晶体管84将图像信号转移到浮动扩散区28。一旦处于浮动扩散区28，就可以使用晶体管40和42来读出图像信号。

尽管存储二极管62被描述为用作寄生光噪声存储装置，但这仅是例示性的。如果需要，存储二极管62可以被实现为具有其他功能。作为示例，在一个操作模式中，存储二极管62可以用于存储寄生光噪声，并且在另一个操作模式中，存储二极管62可以用于生成并存储形成图像帧的图像信号。

图7示出了用于以寄生噪声收集模式操作具有图6所述类型的图像像素(例如，图像像素30’)的阵列的图像传感器的例示性时序图。类似于如图5a和图5b所示的时序图，控制电路(例如，图2中的行控制电路25)可以在时间段t10全局地断言控制信号ab1(例如，控制所有有效像素30’或所有像素30’上的晶体管32)以复位光电二极管20。当使控制信号ab1被解除断言时，电荷积分时间可以开始。电荷积分时间可以在时间段t11的结束处结束。在时间段t11期间，控制电路可以全局地断言控制信号tx1(控制晶体管80)以将积分电荷从光电二极管20传输到存储二极管82。在时间段t12期间，控制电路可以全局地断言控制信号ab2(控制晶体管86)以复位存储二极管62。当控制信号ab2被解除断言时，存储二极管62可以基于寄生光噪声开始累积电荷。

在合适的时间量之后，控制电路可以断言控制信号以在像素30’的行上以滚动方式开始读出操作。在时间段t14，可以断言针对给定像素行(行n)的控制晶体管84的控制信号tx2，以将存储在存储二极管82处的图像信号(在时间段t11期间转移)转移到浮动扩散区28。可以使用读出电路来读出该图像信号(例如，控制电路可以断言控制信号rs)。如果需要，可以使用相关双采样(cds)方案来读出图像信号。在这种情况下，在时间段t14之前(例如，在时间段t13期间)，控制电路可以断言针对行n的控制晶体管26的控制信号rst以复位浮动扩散区28。可能以cds方案读出复位电平信号和图像信号。

在时间段t15，控制电路可以断言针对行n的控制晶体管88的控制信号tx3以将寄生光噪声信号转移到存储二极管82。随后和/或同时，在时间段t16期间，控制电路可以断言针对行n的控制信号tx2以将寄生光信号转移到浮动扩散区28以进行读出。类似于图像信号，可能以cds方案读出寄生光信号。在这种情况下，控制电路可以在时间段t16之前(例如，在时间段t16期间)断言针对行n的控制信号rst。虽然图7的时序示出了针对控制信号rst的断言与针对控制信号tx3的断言是同步的，但这仅是例示性的。如果需要，这些断言在时间上可能只是部分重叠或不重叠。

在时间段t17至t20期间，与针对行n的时间段t13-t14期间的操作类似的操作可以针对另一行(例如，行<n+1>)进行。在时间段t20之后，类似操作可以针对又一行进行。可进行这种滚动读出方案，直到从所有行读出所有图像信号和寄生光噪声电平信号。

作为另一个示例，图8示出了像素(例如，在本文中类似地称为像素30’)，其包括耦接至浮动扩散区28的存储二极管62。图8中的像素30’可以具有与图6中的像素30’中的部件类似的一些部件，并且为了防止不必要地模糊本实施方案，将省略对这些部件的描述。除非本文中另外描述，否则在图8中具有与图6中的元件中的参考标记类似的参考标记的元件可以被假定为起到类似的功能，以类似方式操作等。

如图8所示，代替将存储二极管62耦接到存储二极管82的晶体管88(如图6中)，图8中的晶体管88可以将存储二极管62直接耦接到浮动扩散区28。另外，由于这种配置，存储二极管62可以是非钉扎二极管(或者是与图6中的二极管62类似的钉扎二极管)。

图9示出了用于以寄生噪声收集模式操作具有图8所述类型的图像像素(例如，图像像素30’)的阵列的图像传感器的例示性时序图。控制电路可以在时间段t21、t22和t23期间全局地断言信号ab1、ab2和tx1。与图7不同，控制信号ab2的断言在控制信号tx1的断言之前。然而，这仅仅是例示性的。如果需要，控制信号ab2的断言也可以跟随控制信号tx1的断言或与其重叠。

在时间段t23之后，控制电路可以控制像素30以便以逐行滚动方式执行读出操作。在时间段t25，控制电路可以断言针对给定像素行30(例如，针对行n)的控制信号tx3以将寄生光信号转移到浮动扩散区28以进行读出。在cds读出方案的情况下，可以在时间段t24期间断言针对行n的控制信号rst。

在时间段t27，控制电路可以断言针对行n的控制信号tx2以将图像光信号转移到浮动扩散区28以进行读出。在cds读出方案的情况下，可以在时间段t26期间断言针对行n的控制信号rst。

在时间段t28至t31期间，与针对行n的时间段t24-t27期间的操作类似的操作可以针对另一行(例如，行<n+1>)进行。在时间段t31之后，类似操作可以针对又一行进行。可进行这种滚动读出方案，直到从所有行读出所有图像信号和寄生光噪声电平信号。

已经描述了各种实施方案，从而示出用于生成具有减小的噪声的图像信号的系统和方法。

具体地，图像传感器可以包括被布置成列和行的图像像素阵列。阵列中的每个像素可以包括经由第一路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成图像电平信号的光敏元件，以及经由与第一路径不同的第二路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构。图像传感器还可以包括附加电荷存储结构。

控制电路可以可操作以便以逐行方式对图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行读出操作(以便针对给定行的图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行读出操作，之后针对后续行的图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行读出操作)。换句话说，可能以逐行方式对多组的图像信号和寄生光信号执行读出操作，每组对应于行中的一行的图像信号和寄生光信号。

处理电路可以可操作以基于图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行减法操作(例如，以执行线性组合操作，诸如从图像电平信号中减去寄生光噪声电平信号的缩放版本以便生成用于形成图像帧的减小的噪声信号)。作为示例，可以基于寄生光噪声电平信号是否大于阈值电平，图像电平信号是否小于阈值电平等来执行减法操作。

作为示例，电荷存储结构可以是经由第一晶体管耦接到浮动扩散区的存储二极管，浮动扩散区可以经由第二晶体管耦接到电源端子，并且存储二极管可以从电源端子脱离。浮动扩散区可以插置在光敏元件和存储二极管之间。存储二极管可在低转换增益操作模式下可操作以存储低转换增益信号。

在一些实施方案中，光敏元件可以经由第一路径耦接到读出电路，并且电荷存储结构可以经由与第一路径不同的第二路径耦接到读出电路并且可操作以生成寄生光信号。读出电路可以包括耦接到光敏元件并且可操作以读出图像信号的第一组晶体管，以及耦接到电荷存储结构并且可操作以读出寄生光信号的第二组晶体管，该第二组与该第一组不同。如果需要，第二组晶体管可以耦接到两个或更多个图像像素中的对应电荷存储区并在其间共享。

控制电路可以可操作以断言针对图像像素的第一全局控制信号以便开始生成图像信号，以及控制图像像素以开始生成寄生光信号。控制电路可以可操作以断言控制晶体管的第二全局控制信号以将图像信号转移到电荷存储区。控制电路可以可操作以便以逐行方式将寄生光信号转移到电荷存储区。作为示例，控制电路可以可操作以便以逐行方式或第三全局控制信号断言一组控制信号，以控制图像像素以便开始生成寄生光信号。

在一些实施方案中，其中图像像素具有插置在光敏元件和浮动扩散区之间的附加电荷存储结构，图像像素可包括将光敏元件耦接到附加电荷存储区的第一晶体管、将电荷存储区耦接到附加电荷存储区的第二晶体管、以及将附加电荷存储区耦接到浮动扩散区的第三晶体管。

根据一个实施方案，图像传感器可以包括图像像素的阵列。阵列中的图像像素可以包括经由第一路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成图像电平信号的光敏元件。图像像素还可以包括经由第二路径耦接到浮动扩散区并且可操作以使用全局快门操作来生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构。第一路径可以与第二路径分开。图像传感器还可以包括控制电路，该控制电路可操作以对图像电平信号执行读出操作并且对寄生光噪声电平信号执行读出操作。

根据另一个实施方案，图像传感器还可以包括处理电路，该处理电路可操作以基于图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行减法操作。

根据另一个实施方案，处理电路可以可操作以基于寄生光噪声电平信号是否大于阈值电平或者基于图像电平信号是否小于阈值电平来执行减法操作。

根据另一个实施方案，处理电路可以可操作以从图像电平信号中减去寄生光噪声电平信号的修改版本以便生成用于形成图像帧的减小的噪声信号。

根据另一个实施方案，电荷存储结构可以是经由第一晶体管耦接到浮动扩散区的存储二极管。浮动扩散区可以经由第二晶体管耦接到电源端子。存储二极管可以从电源端子脱离。

根据另一个实施方案，存储二极管可在低转换增益操作模式下可操作以存储低转换增益信号。

根据另一个实施方案，图像像素还可以包括插置在光敏元件和浮动扩散区之间的附加电荷存储结构。

根据另一个实施方案，浮动扩散区可以插置在光敏元件和存储二极管之间。

根据另一个实施方案，图像像素的阵列可以被布置成行和列。控制电路可以可操作以针对给定行的图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行读出操作，之后针对后续行的图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行读出操作。

根据另一个实施方案，控制电路可以可操作以基于图像电平信号和寄生光噪声电平信号之间的比较来执行运动检测。

根据一个实施方案，图像传感器可包括被布置成行和列的图像像素。图像像素中的每个图像像素可以包括经由第一路径耦接到读出电路并且可操作以生成图像信号的光敏元件。每个图像像素还可以包括经由第二路径耦接到读出电路并且可操作以生成寄生光信号的电荷存储结构。第一路径可以与第二路径分开。图像传感器还可以包括控制电路，该控制电路可以可操作以断言针对图像像素的第一全局控制信号以便开始生成图像信号，控制图像像素以开始生成寄生光信号，并且以逐行方式对多组的图像信号和寄生光信号执行读出操作，每组对应于行中的一行的图像信号和寄生光信号。

根据另一个实施方案，每个图像像素还可以包括将光敏区耦接到电荷存储区的晶体管。控制电路可以可操作以断言控制晶体管的第二全局控制信号以将图像信号转移到电荷存储区。

根据另一个实施方案，控制电路可以可操作以便以逐行方式将寄生光信号转移到电荷存储区。

根据另一个实施方案，控制电路可以可操作以便以逐行方式断言一组控制信号，以控制图像像素以便开始生成寄生光信号。

根据另一个实施方案，控制电路可以可操作以断言第三全局控制信号，以控制图像信号以便开始生成寄生光信号。

根据另一个实施方案，读出电路可以包括耦接到光敏元件并且可操作以读出图像信号的第一组晶体管，并且还可以包括耦接到电荷存储结构并且可操作以读出寄生光信号的第二组晶体管。第一组晶体管可以不同于第二组晶体管。

根据另一个实施方案，第二组晶体管可以耦接到两个或更多个图像像素中的对应电荷存储区并在其间共享。

根据一个实施方案，图像传感器可以包括图像像素的阵列。阵列中的图像像素可以包括耦接到浮动扩散区并且可操作以生成图像电平信号的光敏元件，耦接到浮动扩散区并且可操作以生成寄生光噪声电平信号的电荷存储结构，以及插置在光敏元件和浮动扩散区之间的附加电荷存储结构。图像传感器还可以包括控制电路，该控制电路可操作以在阵列上断言控制信号以便开始生成图像电平信号并开始生成寄生光噪声电平信号，并且在阵列上以逐行方式对图像电平信号和寄生光噪声电平信号执行读出操作。

根据另一个实施方案，图像像素还可以包括将光敏元件耦接到附加电荷存储区的第一晶体管、将电荷存储区耦接到附加电荷存储区的第二晶体管、以及将附加电荷存储区耦接到浮动扩散区的第三晶体管。

根据另一个实施方案，图像传感器还可以包括处理电路，该处理电路可操作以基于图像电平信号和该寄生光噪声电平信号执行线性组合操作。

前述内容仅仅是对本发明原理的例示性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和实质的前提下进行多种修改。