像素阵列及其控制方法、图像传感器与流程

本技术涉及图像传感器，具体而言，涉及一种像素阵列及其控制方法、图像传感器。

背景技术：

1、图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。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，包含多个像素共享结构，其目的在于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、由于图像传感器像素的转换增益与浮动扩散有源区的寄生电容呈现反比关系。在多像素共享结构中，寄生电容的大小通常由两个方面决定：其一是来自于像素晶体管与浮动扩散有源区之间存在的寄生电容，其二是来自于浮动扩散有源区与像素阵列内部金属走线之间的寄生电容。而在现有的多像素共享结构中，像素晶体管与浮动扩散有源区之间、浮动扩散有源区与像素阵列内部金属走线之间均存在较大的寄生电容，从而影响到图像传感器像素的转换增益。

技术实现思路

1、为了至少克服现有技术中的上述不足，本技术的目的在于提供一种像素阵列及其控制方法、图像传感器。

2、第一方面，本技术实施例提供一种像素阵列，所述像素阵列包括沿行方向或者列方向阵列排布的若干共享像素单元，任一所述共享像素单元包括两个感光模块、复位模块、源跟随晶体管和浮动扩散有源区，其中：

3、所述两个感光模块包括第一感光模块和第二感光模块，所述第一感光模块和所述第二感光模块均包括感光元件与位于所述感光元件角部的传输晶体管，所述第一感光模块的传输晶体管和所述第二感光模块的传输晶体管相对设置，所述第一感光模块和所述第二感光模块均用于将外部光信号转化为电信号；

4、所述浮动扩散有源区包括相互连接的第一浮动扩散有源区和第二浮动扩散有源区，所述第一感光模块和所述第二感光模块分别通过所述第一浮动扩散有源区和所述第二浮动扩散有源区与所述源跟随晶体管的栅端连接，在行方向或者列方向上，所述第一浮动扩散有源区和所述第二浮动扩散有源区分别位于所述源跟随晶体管的两侧；

5、所述源跟随晶体管位于所述第一感光模块的传输晶体管和所述第二感光模块的传输晶体管之间，用于放大输出从所述感光元件进入所述浮动扩散有源区的电信号；

6、所述复位模块连接设置于所述源跟随晶体管行方向或者列方向的一侧且靠近所述感光模块设置，用于根据复位控制信号重置所述浮动扩散有源区的电压。

7、在一种可能的实现方式中，所述复位模块包括复位晶体管，其中：所述复位晶体管的漏端同时连接所述第一浮动扩散有源区和所述第二浮动扩散有源区并接入所述源跟随晶体管的栅端，所述复位晶体管的源端接入电源电压信号，所述复位晶体管的控制端连接所述复位控制信号。

8、在一种可能的实现方式中，所述像素阵列包括多个第一金属走线组，所述第一金属走线组对应任意行方向上的若干所述共享像素单元，所述第一金属走线组包括沿行方向互相平行的第一金属走线、第二金属走线、第三金属走线，在任一所述共享像素单元内：所述第一金属走线连接所述第一感光模块的传输晶体管的控制端，用于为所述第一感光模块的传输晶体管提供传输控制信号；所述第二金属走线连接所述复位晶体管的控制端，用于为所述复位晶体管提供复位控制信号；所述第三金属走线连接所述第二感光模块的传输晶体管的控制端，用于为所述第二感光模块的传输晶体管提供传输控制信号。

9、在一种可能的实现方式中，所述第一金属走线和/或所述第三金属走线位于所述感光元件远离所述传输晶体管的一侧。

10、在一种可能的实现方式中，所述像素阵列包括多个第二金属走线组，所述第二金属走线组对应任意列方向上的若干所述共享像素单元，所述第二金属走线组包括沿列方向互相平行的第四金属走线、第五金属走线和第六金属走线，在任一所述共享像素单元内：所述第四金属走线连接所述源跟随晶体管的漏端，用于为所述源跟随晶体管提供电源电压信号；所述第五金属走线连接所述源跟随晶体管的源端，用于传输所述源跟随晶体管放大输出的电信号；所述第六金属走线连接所述复位晶体管的漏端，用于为所述复位晶体管提供电源电压信号。

11、在一种可能的实现方式中，在所述像素阵列中，所述复位模块连接设置于所述源跟随晶体管列方向的一侧且靠近所述感光模块设置。

12、在一种可能的实现方式中，所述第四金属走线和所述第六金属走线共用同一条金属走线。

13、在一种可能的实现方式中，所述第五金属走线位于所述第二感光模块靠近所述第一感光模块的一侧，且靠近所述第四金属走线设置。

14、在一种可能的实现方式中，所述第五金属走线位于所述第二感光模块远离所述第一感光模块的一侧。

15、在一种可能的实现方式中，所述共享像素单元还包括选择晶体管，设置于所述源跟随晶体管行方向或者列方向的一侧，且所述选择晶体管与所述源跟随晶体管的中心连线垂直于所述复位模块与所述源跟随晶体管的中心连线；所述选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极连接，用于寻址并读取共享像素单元传输的信号。

16、在一种可能的实现方式中，所述第一金属走线组还包括第七金属走线，所述第七金属走线位于所述第二金属走线和第三金属走线之间且所述第七金属走线连接所述选择晶体管的控制端，用于为所述选择晶体管提供选择控制信号。

17、在一种可能的实现方式中，所述第一金属走线组还包括第七金属走线，所述第七金属走线位于所述第二金属走线和第三金属走线之间且所述第七金属走线连接所述选择晶体管的控制端，用于为所述选择晶体管提供选择控制信号。

18、在一种可能的实现方式中，将所述共享像素单元中第一感光模块所在行记为第m行，所述第一金属走线分别连接沿列方向上第m行共享像素单元的第一感光模块的传输晶体管的控制端与沿列方向上第m-1行共享像素单元的第二感光模块的传输晶体管的控制端，m为大于1的正整数。

19、在一种可能的实现方式中，将所述共享像素单元中第一感光模块所在行记为第m行，所述第三金属走线分别连接沿列方向上第m行共享像素单元的第二感光模块的传输晶体管的控制端与沿列方向上第m+1行共享像素单元的第一感光模块的传输晶体管的控制端，m为大于或等于1的正整数。

20、在一种可能的实现方式中，相邻两个所述共享像素单元沿行方向交错堆叠设置，且相邻两个所述共享像素单元的所述第一感光模块位于同一行。

21、在一种可能的实现方式中，在所述共享像素单元中，所述第二感光模块位于所述第一感光模块的顺时针方向120°到140°夹角处。

22、第二方面，本技术实施例还提供一种像素阵列的控制方法，在所述像素阵列的单位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，将所述共享像素单元中第一感光模块所在行记为第m行，所述控制方法包括：

23、导通第m行共享像素单元对应的第二金属走线和第m-1行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线和所述第m-1行共享像素单元对应的第六金属走线分别对第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件和第m-1行共享像素单元中第二感光模块的感光元件进行第一次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件和所述第m-1行共享像素单元中第二感光模块的感光元件中的电荷；导通所述第m行共享像素单元对应的第一金属走线，分别对所述第m-1行共享像素单元中的第二感光模块的感光元件和所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件进行曝光；导通所述第m行共享像素单元对应的第二金属走线和第m+1行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线和所述第m+1行共享像素单元对应的第六金属走线分别对所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件和所述第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件进行第一次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件和所述第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件中的电荷；导通所述第m行共享像素单元对应的第三金属走线，对所述第m行共享像素单元中第二感光模块和所述第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件进行曝光；导通所述第m行共享像素单元对应的第二金属走线和所述第m-1行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线和所述第m-1行共享像素单元对应的第六金属走线分别对所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件和所述第m-1行共享像素单元中第二感光模块的感光元件进行第二次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第一浮动扩散有源区中的电荷和第二浮动扩散有源区中的电荷以及所述第m-1行共享像素单元中第一浮动扩散有源区中的电荷和第二浮动扩散有源区中的电荷；读取所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件和所述第m-1行共享像素单元中第二感光模块的感光元件的复位信号；结束对所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件和所述第m-1行共享像素单元中第二感光模块的感光元件的曝光，并分别将所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件中的电荷和所述第m-1行共享像素单元中第二感光模块的感光元件中的电荷转移到所述第m行共享像素单元和所述第m-1行共享像素单元各自对应的所述第一浮动扩散有源区和所述第二浮动扩散有源区；读取所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件和所述第m-1行共享像素单元中第二感光模块的感光元件的初始光电信号；导通所述第m行共享像素单元对应的第二金属走线和所述第m+1行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线和所述第m+1行共享像素单元对应的第六金属走线分别对第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件和第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件进行第二次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第一浮动扩散有源区中的电荷和第二浮动扩散有源区中的电荷以及所述第m+1行共享像素单元中第一浮动扩散有源区中的电荷和第二浮动扩散有源区中的电荷；读取所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件和所述第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件的复位信号；结束对所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件和所述第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件的曝光，并分别将所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件中的电荷和所述第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件中的电荷转移到所述第m行共享像素单元和所述第m+1行共享像素单元各自对应的所述第一浮动扩散有源区和所述第二浮动扩散有源区；读取所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件和所述第m+1行共享像素单元中第一感光模块的感光元件的初始光电信号。

24、第三方面，本技术实施例还提供另一种像素阵列的控制方法，在所述像素阵列的单位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，将所述共享像素单元中第一感光模块所在行记为第m行，所述控制方法包括：导通第m行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线对所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件进行第一次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件中的电荷；导通所述第m行共享像素单元对应的第一金属走线，对所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件进行曝光；导通所述第m行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线对所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件进行第一次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件中的电荷；导通所述第m行共享像素单元对应的第三金属走线，对所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件进行曝光；导通所述第m行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线对所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件进行第二次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第一浮动扩散有源区中的电荷和第二浮动扩散有源区中的电荷；读取所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件的复位信号；结束对所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件的曝光，并将所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件中的电荷转移到所述第m行共享像素单元对应的所述第一浮动扩散有源区；读取所述第m行共享像素单元中第一感光模块的感光元件的初始光电信号；导通所述第m行共享像素单元对应的第二金属走线，通过所述第m行共享像素单元对应的第六金属走线对所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件进行第二次复位操作，以清除所述第m行共享像素单元中第一浮动扩散有源区中的电荷和第二浮动扩散有源区中的电荷；读取所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件的复位信号；结束对所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件的曝光，并将所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件中的电荷转移到所述第m行共享像素单元对应的所述第二浮动扩散有源区；读取所述第m行共享像素单元中第二感光模块的感光元件的初始光电信号。

25、在一种可能的实现方式中，所述控制方法还包括：导通所述第m行共享像素单元对应的第七金属走线以打开选择晶体管，所述选择晶体管寻址并读取所述共享像素单元传输的信号并通过第五金属走线输出。

26、在一种可能的实现方式中，其特征在于，将所述第m行的所有所述感光模块记为第m行像素，其中，所述第m行像素采集到的光电信号的表达式为：sig<m,y>＝r<m,y>-s<m,y>，所述sig<m,y>为所述第m行像素采集到的光电信号，所述r<m,y>为从所述第m行像素读出的复位信号，所述s<m,y>为第m行像素读出的初始光电信号，y为像素所在的列位置；所述第m+1行像素采集到的光电信号的表达式为：sig<m+1,y>＝r<m+1,y>-s<m+1,y>，所述sig<m+1,y>为所述第m行像素采集到的光电信号，所述r<m+1,y>为从所述第m行像素读出的复位信号，所述s<m+1,y>为第m行像素读出的初始光电信号，y为像素所在的列位置。

27、第四方面，本技术实施例还提供一种图像传感器，所述图像传感器包括前述像素阵列。

28、基于上述任意一个方面，本技术实施例提供的像素阵列及其控制方法、图像传感器，有益效果在于：一方面，第一感光模块和第二感光模块均包括感光元件和传输晶体管，其分别的传输晶体管相对设置，且源跟随晶体管位于第一感光模块的传输晶体管和第二感光模块的传输晶体管之间，相比于其他像素共享结构的晶体管数量更少，可以有效降低寄生电容的数量；另一方面，浮动扩散有源区包括相互连接的第一浮动扩散有源区和第二浮动扩散有源区，且第一浮动扩散有源区和第二浮动扩散有源区分别位于源跟随晶体管的两侧，浮动扩散有源区与所述源跟随晶体管栅极的金属连接线较短，可以降低浮动扩散有源区与源跟随晶体管栅极的金属连接线之间的寄生电容。从而减少图像传感器像素的转换增益的干扰，有效降低信号噪声，进而提升了图像传感器采集的图像品质。