像素阵列、图像传感器及其控制方法与流程

本发明涉及图像传感器，尤其涉及一种像素阵列、图像传感器及其控制方法。

背景技术：

1、图像传感器广泛应用于多种电子设备以捕获和识别人物或场景的图像信息，例如视频监控系统、智能电话、数字相机、医疗器械、无人机、智能ai以及人脸识别等应用场合。特别是制造cmos(互补型金属氧化物半导体)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

2、图像传感器是响应于光而生成电信号的基于半导体的传感器，作为数字摄像头的重要组成部分，其可以将入射光信号转换为电荷信号，然后将电荷信号转换为电压或电流信号，最后将转换后的电信号输出。图像传感器包含有感光像素阵列，感光像素阵列用来采集图像阵列光信号信息，以转换为图像阵列电信号数据，供终端使用。图像传感器像素阵列中，像素之间的晶体管器件布局可能会有所不同，例如采用共享结构方式布局的像素，多个像素共享漂浮扩散有源区、源跟随晶体管以及复位晶体管等，现有具体类型包括两像素共享、四像素共享，甚至八像素共享。像素之间采用共享结构方式布局可以减少像素中的晶体管数量，以便增加像素中光电二极管的面积占有率，进而提升像素的感光效率。

3、采用共享型结构的图像传感器像素阵列，由于具体类型不同，像素阵列在竖直或水平或对角线方向上相邻像素的器件布局结构会有所不同。不同的共享类型以及不同的布局结构所对应的面积占有率以及其他电学特性也不相同。

4、前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种像素阵列、图像传感器及其控制方法，可以有效提高像素中光电二极管面积的占有率，从而提升像素的光电转换量子效率，并且还可以有效降低像素中的寄生电容，提高像素的光电转换增益，提升图像传感器采集的图像品质，提升产品竞争力。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供一种像素阵列，可选地，该像素阵列包括阵列设置的多个像素组，每个所述像素组包括六个像素，所述六个像素包括六个感光像素单元以及连接的第一共享结构和第二共享结构，每个所述感光像素单元包括互相连接的光电二极管和传输晶体管，其中，

3、所述六个感光像素单元中的第一、第二以及第三感光像素单元共享所述第一共享结构；所述六个感光像素单元中的第四、第五以及第六感光像素单元共享所述第二共享结构；所述第一、第四、第五感光像素单元位于所述像素阵列的第m行并从左至右依次排列，所述第二、第三、第六感光像素单元位于所述像素阵列的第m+1行并从左至右依次排列；所述第三感光像素单元的传输晶体管的栅极与所述第四感光像素单元的传输晶体管的栅极连接；

4、其中，所述第一共享结构包括第一漂浮扩散有源区以及连接的第一复位晶体管和第一源跟随晶体管，所述第一源跟随晶体管位于所述第一、第四感光像素单元的光电二极管顶部交界处的上方，所述第一复位晶体管位于所述第一、第二感光像素单元的光电二极管之间，所述第一漂浮扩散有源区位于所述第一、第二、第三以及第四感光像素单元的光电二极管的顶角交界处；和/或所述第二共享结构包括第二漂浮扩散有源区以及连接的第二复位晶体管和第二源跟随晶体管，所述第二源跟随晶体管位于所述第三、第六感光像素单元的光电二极管底部交界处的下方，所述第二复位晶体管位于所述第五、第六感光像素单元的光电二极管之间，所述第二漂浮扩散有源区位于所述第三、第四、第五以及第六感光像素单元的光电二极管的顶角交界处。

5、可选地，所述六个感光像素单元呈两行三列矩形排列结构；其中，所述第一感光像素单元和所述第二感光像素单元沿行方向镜像设置，所述第二感光像素单元和所述第三感光像素单元沿列方向镜像设置；所述第四感光像素单元和所述第五感光像素单元沿列方向镜像设置，所述第五感光像素单元和所述第六感光像素单元沿行方向镜像设置。

6、可选地，所述第三感光像素单元中的传输晶体管位于对应的光电二极管的角部，所述第四感光像素单元中的传输晶体管位于对应的光电二极管的角部，且所述第三感光像素单元中的传输晶体管与所述第四感光像素单元中的传输晶体管以对应像素组的中心点呈中心对称。

7、可选地，所述第一、第二以及第三感光像素单元中的传输晶体管分别位于对应的光电二极管的右下角、右上角及左上角；所述第四、第五以及第六感光像素单元中的传输晶体管分别位于对应的光电二极管的右下角、左下角及左上角。

8、可选地，所述第一复位晶体管的源极、所述第一源极跟随晶体管的栅极以及相应的感光像素单元的传输晶体管的漏极分别与所述第一漂浮扩散有源区连接，所述第一复位晶体管的漏极以及所述第一源极跟随晶体管的漏极与对应的电源信号线连接，所述第一源极跟随晶体管的源极与对应的信号输出线连接；和/或所述第二复位晶体管的源极、所述第二源极跟随晶体管的栅极以及相应的感光像素单元的传输晶体管的漏极分别与所述第二漂浮扩散有源区连接，所述第二复位晶体管的漏极以及所述第二源极跟随晶体管的漏极与对应的电源信号线连接，所述第二源极跟随晶体管的源极与对应的信号输出线连接。

9、可选地，所述第一源跟随晶体管和所述第一漂浮扩散有源区的连接线沿列方向设置，和/或所述第一复位晶体管与所述第一漂浮扩散有源区的连接线沿行方向设置；和/或所述第二源跟随晶体管和所述第二漂浮扩散有源区的连接线沿列方向设置，和/或所述第二复位晶体管与所述第二漂浮扩散有源区的连接线沿行方向设置。

10、可选地，所述像素阵列还包括多个第一金属走线组，每个第一金属走线组对应一行所述像素组，一行所述像素组对应所述像素阵列的两行像素，每个所述第一金属走线组包括：第一金属走线、第二金属走线、第三金属走线以及第四金属走线；其中，

11、所述第一金属走线用于为对应行的像素组中的所述第一、第五感光像素单元的传输晶体管提供传输控制信号；

12、所述第二金属走线用于为对应行的像素组中的所述第三、第四感光像素单元的传输晶体管提供传输控制信号；

13、所述第三金属走线用于为对应行的像素组中的所述第二、第六感光像素单元的传输晶体管提供传输控制信号；

14、所述第四金属走线用于为对应行的像素组中的所述第一复位晶体管和所述第二复位晶体管提供复位信号。

15、可选地，所述第一共享结构还包括第一像素选择晶体管，所述第一像素选择晶体管的漏极与所述第一源极跟随晶体管的源极连接，所述第一像素选择晶体管的源极与对应的信号输出线连接；和/或，所述第二共享结构还包括第二像素选择晶体管，所述第二像素选择晶体管的漏极与所述第二源极跟随晶体管的源极连接，所述第二像素选择晶体管的源极与对应的信号输出线连接。

16、可选地，所述第一像素选择晶体管位于所述第一源跟随晶体管的在行方向上的一侧；和/或，所述第二像素选择晶体管位于所述第二源跟随晶体管在行方向上的一侧。

17、可选地，所述第一金属走线组还包括第五金属走线，用于为对应行的像素组中第一像素选择晶体管提供像素选择信号；和/或，所述第一金属走线还包括第六金属走线，用于为对应行的像素组中的第二像素选择晶体管提供像素选择信号。

18、可选地，所述像素阵列还包括多条第七金属走线，用于进行信号输出；其中，每列像素组对应两条所述第七金属走线，每列像素组对应的两条所述第七金属走线分别与对应列像素组中的所述第一源极晶体管和所述第二源极晶体管的源极连接。

19、可选地，所述像素阵列还包括多条延行方向延伸的第八金属走线，用于提供电源信号；其中，n行像素组对应n+1条所述第八金属走线。

20、可选地，所述像素阵列还包括多条延列方向延伸的第九金属走线，用于提供所述电源信号；其中，每列像素组对应两条所述第九金属走线，每条所述第九金属线均与所述多条第八金属线连接，以形成网状结构。

21、可选地，所述第三感光像素单元的传输晶体管的栅极与所述第四感光像素单元的传输晶体管的栅极通过栅极多晶硅连接。

22、基于同一发明构思，本发明提供一种图像传感器，所述图像传感器包括上述任一实施方式所述的像素阵列。

23、基于同一发明构思，本发明还提供一种图像传感器的控制方法，应用于上述任一实施方式所述的图像传感器，可选地，所述图像传感器中的第三感光像素单元和第四感光像素单元对应的像素均为第一类像素，所述图像传感器中的其它感光像素单元对应的像素均为第二类像素；其中，所述方法包括在所述图像传感器的一帧时序内采用滚动曝光的方式对每行像素进行图像信息采集，具体包括：

24、通过第m行和第m+1行像素共同对应的复位金属走线对第m行中的第二类像素进行第一次复位操作，以清除所述第m行中的第二类像素的光电二极管中的电荷；

25、对所述第m行中的第二类像素进行曝光；

26、通过第m行和第m+1行像素共同对应的复位金属走线对所述第m行和第m+1行中的第一类像素进行第一次复位操作，以清除所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素的光电二极管中的电荷；

27、对所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素进行曝光。

28、通过第m行和第m+1行像素共同对应的复位金属走线对所述第m+1行中的第二类像素进行第一次复位操作，以清除所述第m+1行中的第二类像素的光电二极管中的电荷；

29、对所述第m+1行中的第二类像素进行曝光；

30、通过第m行和第m+1行像素共同对应的复位金属走线对所述第m行中的第二类像素进行第二次复位操作，以清除所述第一共享结构中第一漂浮扩散有源区中的电荷和所述第二共享结构中第二漂浮扩散有源区中的电荷；

31、读取所述第m行中的第二类像素的复位信号；

32、结束所述第m行中的第二类像素的曝光，并将所述第m行中的第二类像素的光电二极管中的电荷转移至所述第一漂浮扩散有源区和所述第二漂浮扩散有源区；

33、读取所述第m行中的第二类像素的初始光电信号；

34、通过第m行和第m+1行像素共同对应的复位金属走线对所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素进行第二次复位操作，以清除所述第一漂浮扩散有源区中的电荷和所述第二漂浮扩散有源区中的电荷；

35、读取所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素的复位信号；

36、结束所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素的曝光，并将所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素的光电二极管中的电荷转移至所述第一漂浮扩散有源区和所述第二漂浮扩散有源区；

37、读取所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素的初始光电信号；

38、通过第m行和第m+1行像素共同对应的复位金属走线对所述第m+1行中的第二类像素进行第二次复位操作，以清除所述第一漂浮扩散有源区和所述第二漂浮扩散有源中的电荷。

39、读取所述第m+1行中的第二类像素的复位信号；

40、结束所述第m+1行中的第二类像素的曝光，并将所述第m+1行中的第二类像素的光电二极管中的电荷转移至所述第一漂浮扩散有源区和所述第二漂浮扩散有源区；

41、读取得到第m+1行中的第二类像素的初始光电信号。

42、可选地，所述第m行中的第二类像素采集到的光电信号的表达式为：siga(m,y)＝ma_r(y)-ma_s(y)，其中，siga(m,y)为所述第m行中的第二类像素采集到的光电信号，ma_r(y)为从所述第m行中的第二类像素读出的复位信号，ma_s(y)为从所述第m行中的第二类像素读出的初始光电信号，y为像素所在的列位置；

43、所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素采集到的光电信号的表达式为：sigb(m,y)＝mb&<m+1>b_r(y)-mb&<m+1>b_s(y)，其中，sigb(m,y)为从所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素采集到的光电信号，mb&<m+1>b_r(y)为从所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素读出的复位信号，mb&<m+1>b_s(y)为从所述第m行和所述第m+1行中的第一类像素读出的初始光电信号，y为像素所在的列位置；

44、所述第m+1行中的第二类像素采集到的光电信号的表达式为：siga(m+1,y)＝<m+1>a_r(y)-<m+1>a_s(y)，其中，siga(m+1,y)为所述第m+1行中的第二类像素采集到的光电信号，<m+1>a_r(y)为从所述第m+1行中的第二类像素读出的复位信号，<m+1>a_s(y)为从所述第m+1行中的第二类像素读出的初始光电信号，y为像素所在的列位置。

45、综上，本发明实施例提供的像素阵列，通过六像素共享结构及其具体布局方式，可以有效提高像素中光电二极管面积的占有率，从而提升像素的光电转换量子效率，并且还可以有效降低像素中的寄生电容，提高像素的光电转换增益，提升图像传感器采集的图像品质，提升产品竞争力。

46、本发明提供的图像传感器和图像传感器的控制方法与本发明提供的像素阵列属于同一发明构思，因此具有相同的有益效果。