專利名稱：攝像設備和包括攝像設備的攝像機系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括多個像素的攝像設備，其中的至少一個像素包含用于轉換光為電荷的光敏元件，一個電荷-電壓轉換節點用于轉換所說的電荷為電壓電平，一個傳輸晶體管(transfer transistor)使它的主導通通道連接在所說的光敏元件和所說的電荷-電壓轉換節點之間，一個放大晶體管使它的控制電極連接到電荷-電壓轉換節點并且使它的主導通通道連接到所說的像素的第一外部節點而且耦合到所說像素的第二外部節點，以及一個復位晶體管使它的主導通通道連接在所說電荷-電壓轉換節點和所說的第二外部節點之間。
本發明還涉及一種攝像機系統，包括光學裝置以聚焦圖像在攝像設備的圖像部分。
背景技術：
這樣一種攝像設備通常稱之為有源像素傳感器(APS)成像儀。這樣的APS成像儀通常在互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成電路(IC)工藝中為固態成像儀。在正常使用中，APS成像儀可以是一個攝像機系統的一部分，例如數字靜止攝像機、網絡攝像機(webcam)、視頻攝像機記錄儀(camcorder)、或者諸如蜂窩電話之類的移動應用。
APS成像儀按其基本形式由成像部分和讀出部分構成。成像部分包括所謂的像元或像素的矩陣，像素按行和列排列。圖1表示出常規的像素的實例。這樣的像素也稱之為“4T像素“。光學裝置在圖像部分投射圖像。對于每個像素進行安排，以便通過光敏元件，通常是光電二極管或光閘(photogate)，將入射光轉換成電信號。光敏元件每當曝光時總要產生一個電信號。曝光之后，將這個電荷傳送到電荷-電壓轉換節點，例如通過浮置擴散體(floating diffusion)傳送。浮置擴散體的電壓電平正比于存儲在其中的電荷。這個電荷等于光敏元件收集的電荷與噪聲源產生的所謂零光電平電荷之和。使用源極跟隨器或放大晶體管，將浮置擴散體的電壓電平復制到源極跟隨器晶體管的源極，該源極跟隨器耦合到像素的第一外部節點上。源極跟隨器的漏極連接到用于偏置的像素的第二外部節點。
使用成像儀的讀出部分中的采樣和保持(SH)電路采樣像素(像素信號)的第一外部節點的電壓以便進一步處理。為了提高像素的性能，可以使用“關聯的兩次采樣(CDS)“。在使用CDS的APS成像儀中，首先采樣浮置擴散體的零光電壓電平，然后再傳送由光敏元件收集光之后浮置擴散體的電壓電平。噪聲的影響反映在零光電平電荷中，通過從第二采樣值中扣除第一采樣值可消除噪聲的影響。這就要求在像素內有一個傳輸晶體管，用于控制從光敏元件到浮置擴散體的電荷傳輸。
再有，APS成像儀通常是逐行讀出的，這里像素的每列共享同一個采樣和保持電路。為了防止一列中不同像素的像素信號混合，常規的APS成像儀包括一個選擇晶體管，選擇晶體管的主導通通道將源極跟隨器晶體管的源極耦合到像素的第一外部節點。
最后，在能夠再次讀出像素信號之前，浮置擴散體的電壓電平需要復位到預定的電平。為此，像素包括一個復位門，通常是復位晶體管，它的主導通通道連接浮置擴散體和像素的第二外部節點。
由于所需的晶體管數目的緣故，在常規的CDS APS成像儀中像素的填充系數相對低。這就意味著，像素只有相對小的區域可供光敏元件利用。其余的區域都由晶體管以及連接這些晶體管到讀出部分必需的連線占據。進而，像素的最小面積主要由像素內這些晶體管的數目確定。這樣，常規的像素的缺點是，它限制了安裝在圖像部分的指定區域上的像素的數目，因此限制了CDS APS成像儀的可用分辨率。歐洲專利申請EP-A 1017107公開了利用光閘作為光敏元件的CDSAPS成像儀的一個解決方案。在圖2中表示出按照歐洲專利申請EP-A1017107的像素。在這里公開的像素中，取消了選擇晶體管，代之以使用像素的浮置擴散體在截止狀態偏置源極跟隨器的晶體管因而不選擇像素，而在導通狀態它的功能就是一個源極跟隨器，因而可以選擇像素。為此，將復位晶體管的漏極耦合到一個電壓源，以控制光閘的操作。源極跟隨器的晶體管或者偏置成截止狀態或者偏置成導通狀態，為此或者經過這個電壓源加適當的偏置電壓，或者同時導通復位晶體管。然而，由于利用的是光閘的特殊操作，所以公開的解決方案只適用于利用光閘的CDS APS成像儀。
發明內容
本發明的一個主要目的是提供一種攝像設備，它所包括的像素的填充系數有所提高，其中可以使用光電二極管作為光敏元件。
為此，本發明提供一種在本說明書的開始段定義的攝像設備，其特征在于所說的第二外部節點耦合到偏置裝置，向電荷-電壓轉換節點提供至少兩個不同的電壓電平，從而可以偏置所說的放大晶體管分別為截止狀態或導通狀態。
加到所說放大晶體管的控制電極的電壓決定了放大晶體管的操作方式。向放大晶體管的控制電極加第一電壓電平確保沒有任何電流流過放大晶體管的主導通通道。放大晶體管然后偏置成截止狀態。這樣，通過向所說像素的電荷-電壓轉換節點提供所說第一電壓電平，即可保證這個像素不會產生像素信號。向放大晶體管的控制電極加第二電壓電平確保有電流流過放大晶體管的主導通通道。放大晶體管然后偏置成導通狀態。這樣，通過向所說像素的電荷-電壓轉換節點提供所說第二電壓電平，即可保證這個像素產生像素信號。總括來說，通過向電荷-電壓轉換節點分別提供所說第一和所說第二電壓電平，即可使所說像素不被選擇和被選擇。這樣，就不再需要選擇晶體管，使其中使用光電二極管作為光敏元件的像素的填充系數增加。
按照本發明的攝像設備的一個實施例，其特征在于所說的像素安排成行和列，它們組成一個矩陣，在一個行內的像素的第二外部節點連接到行選擇總線。將像素排列成行和列，并且將一個行內的像素的第二外部節點連接到同一個行選擇總線，這樣就能逐行地選擇和不選擇這些像素。以此方式，就可以選擇一行像素而不選擇其余各行。這樣就可保證在每一列中只選擇一個像素而不選擇這列中的其余像素。每一列提供一個采樣和保持(SH)電路，就可以逐行地讀出像素，因為可以保證每個采樣和保持電路在它的輸入端都接收單個像素的像素信號。
按照本發明的攝像設備的另一個實施例，其特征在于所說的偏置裝置包括用于提供第一偏置電壓的第一電壓源、用于提供第二偏置電壓的第二電壓源、和用于向所說的行選擇總線耦合或者所說第一電壓源或者所說第二電壓源的選擇開關。所說的選擇開關保證只有一個電壓源的偏置電壓提供給所說的行選擇總線并且因此提供給與行選擇總線連接的像素的電荷-電壓轉換節點。在實施APS攝像設備的集成電路技術中，設計并實施這樣的選擇開關是一件相當輕松的事情。再有，提供分別供給第一和第二偏置電壓的電壓源也是相當容易的。電壓源可以是APS攝像設備本身的一部分，或者可以是按通常的方式耦合到選擇開關的外部電壓源。對于第一偏置電壓進行選擇，從而使其如果提供給浮置擴散體，則將放大晶體管偏置成截止狀態，并且對于第二偏置電壓進行選擇，如果將其提供給浮置擴散體，則將放大晶體管偏置成導通狀態。
按照本發明攝像機系統，其特征在于它包括按照本發明的攝像設備。在這種攝像機系統中，圖像經過光學裝置投射到攝像設備的圖像部分上。這種攝像機系統的優點是它有較高的靈敏度，因為在攝像設備內的像素的填充系數提高了。因此，可以在對于常規的攝像機系統發光條件太差的情況下使用它。
參照下面的附圖并借助于實例詳細描述按照本發明的這些和其它方面圖1是表示一個已知的攝像設備的像素的示意圖；圖2是表示另一個已知的攝像設備的像素的示意圖；圖3是表示按照本發明的攝像設備的像素的示意圖；圖4是按照本發明的攝像設備的示意略圖；圖5是按照本發明的攝像機系統的示意略圖。
在這些附圖中，對應的部件用對應的參考標號表示。
具體實施例方式
圖1是表示已知的攝像設備的一個像素的示意圖。像素101也稱之為“4T像素“。它包括光電二極管102、傳輸晶體管103、浮置擴散體104、源極跟隨器晶體管105、復位晶體管106、和選擇晶體管107。在所示的實施例中，所有的晶體管都是MOSFET型。光電二極管102的陽極連接到地。光電二極管102的陰極經過傳輸晶體管103連接到浮置擴散體104。傳輸晶體管103的操作由加到傳輸柵極108的傳輸信號控制。源極跟隨器晶體管105的柵極連接到選擇晶體管107的漏極。源極跟隨器晶體管105的漏極連接到復位晶體管106的漏極并且連接到像素的第二外部節點112。復位晶體管106的源極連接到浮置擴散體104。復位晶體管106的操作由加到復位柵極109上的復位信號控制。選擇晶體管107的源極連接到像素的第一外部節點111。選擇晶體管107的操作由加到選擇柵極110上的選擇信號控制。像素的第二外部節點112耦合到直流電壓源，圖1中沒有表示出來，用于提供參考電壓VHIGH。VHIGH通常小于正的電源電壓。然而，出于實際的考慮，最好將VHIGH選為等于電源電壓。像素的第一外部節點111連接到圖像傳感器的讀出部分中的采樣和保持電路(SH電路)。
取決于在傳輸(transfer)柵極108存在的電壓電平，在光電二極管102的陰極和浮置擴散體104之間的導通通道或者存在或者不存在。在存在導通通道的情況下，由光電二極管102收集的電荷傳送到浮置擴散體104。
在預定的積分時間，在光電二極管(102)中收集電荷。這種電荷是由到達光電二極管102的光的能量產生的。在積分時間結束時，通過向傳輸柵極108加一個脈沖信號，收集到的電荷就從光電二極管102傳送到浮置擴散體104。在電荷傳送到浮置擴散體104之前，通過向復位柵極加復位信號將浮置擴散體104設置成預先確定的狀態。接下來，在柵極110上加選擇信號并且通過源極跟隨器晶體管105的導通通道提供預定的電流，使選擇晶體管107導通。結果，浮置擴散體104的電壓電平(具有直流電平移動)復制到像素的第一外部節點，在這里由圖像傳感器的讀出部分中的采樣和保持電路采樣。第一個采樣代表浮置擴散體的參考電平。隨后，在光電二極管102中收集的電荷傳送到浮置擴散體104。電荷的這種轉儲導致浮置擴散體104的電壓電平的變化，這個變化正比于由光電二極管102收集的電荷的數量。浮置擴散體104的電壓電平(具有直流電平移動)復制到像素的第一外部節點，在這里由讀出部分中的采樣和保持電路采樣。這種第二采樣是浮置擴散體104的參考電平與信號電平的和。在電荷從光電二極管102傳送到浮置擴散體104以后，開始光電二極管102的下一個積分周期。
當從第二采樣值減去第一采樣值時，剛好剩下浮置擴散體104的信號電平；這個電平正比于由光電二極管收集到的電荷量。這就是關聯兩次采樣(CDS)的原理。CDS的優點是它能抑制復位和1/f噪聲。這將導致像素的最佳噪聲性能，因此導致圖像傳感器的最佳噪聲性能。
在固態成像儀如CMOS成像儀中的一個重要特征是像素的填充系數。填充系數是光電二極管的光敏面積與像素作為一個整體的面積之比。光電二極管的光敏面積越大，其中能夠存儲的電荷越多。一個像素中存儲的電荷越多，它的動態范圍越大。如以上所述的CMOS成像儀的缺點是它們的填充系數相當低。
圖2是表示在歐洲專利申請EP-A 1017107中公開的像素的示意圖。像素201包括光閘202、傳輸晶體管203、浮置擴散體204、源極跟隨器晶體管206、和復位晶體管205。光閘與地相連，并且經過傳輸晶體管203連接到浮置擴散體204。光閘202的操作由加到控制端207的信號控制。傳輸晶體管203的操作由加到傳輸柵極208的傳輸信號控制。源極跟隨器晶體管206的柵極連接到浮置擴散體204。源極跟隨器晶體管206的源極連接到像素的第一外部節點210。源極跟隨器晶體管206的漏極連接到像素的第二外部節點211。復位晶體管205的源極連接到浮置擴散體204。復位晶體管205的漏極連接到控制終端207。復位晶體管205的操作由加到復位柵極209的復位信號控制。在這個實施例中的所有的晶體管都是MOSFET型。
像素201的基本操作與圖1所示的像素101的操作類似。在預定的積分時間，在光電二極管202中收集電荷。這種電荷是由到達光電二極管202的光的能量產生的。在積分時間結束時，通過向傳輸柵極208加一個脈沖信號，收集到的電荷就從光電二極管202傳送到浮置擴散體204。這導致浮置擴散體204的電壓電平的變化。與如圖1所示的像素101類似，浮置擴散體204的電壓電平借助于源極跟隨器晶體管206復制到像素201的外部節點210。
像素選擇機制不同于圖1所示的像素101的選擇機制。在圖1中像素101選擇與否是借助于選擇晶體管107實現的，而在圖2的像素201中根本不存在這樣的選擇晶體管。與此相反，向浮置擴散體204加一個指定的電壓電平使源極跟隨器晶體管206偏置成截止狀態，從而不選擇這個像素。類似地，向浮置擴散體204加另一個電壓電平使源極跟隨器晶體管206偏置成導通狀態。向浮置擴散體加上述電壓是借助于用來控制光閘202的操作的控制端207實現的。向這個控制端加適當的偏置電壓并且使復位晶體管205導通，就可以向浮置擴散體204施加偏置電壓。
與像素101相比，像素201的優點是它省去了選擇晶體管，因而增加了填充系數。像素201的明顯缺點是它需要一個光閘作為光敏元件。
圖3是表示按照本發明的攝像設備的像素的示意圖。像素301包括光電二極管302、傳輸晶體管303、浮置擴散體304、源極跟隨器晶體管305、和復位晶體管306。光電二極管302的陽極與地相連。光電二極管302的陰極經過傳輸晶體管303連接到浮置擴散體304。傳輸晶體管303的操作由加到傳輸柵極307的傳輸信號控制。源極跟隨器晶體管305的柵極連接到浮置擴散體304。源極跟隨器晶體管305的源極連接到像素301的第一外部節點309。源極跟隨器晶體管305的漏極連接到復位晶體管306的漏極并且連接到像素301的第二外部節點310。復位晶體管306的源極連接到浮置擴散體304。復位晶體管306的操作由加到復位柵極308的復位信號控制。在這個實施例中的所有的晶體管都是絕緣柵場效應晶體管(IGFET)。使用MOSFET型晶體管則更好，當然，也可以使用其它類型的IGFET。
與圖1所示的像素101相比，差別在于沒有選擇晶體管。在實踐中，攝像設備中的像素的選擇是逐行進行的，而不是逐個像素地進行。這樣，如果讀出一行像素所需的尋址操作和激勵能夠完整地傳送到讀出部分中的控制和選擇裝置，就可以允許從像素中省去選擇晶體管。在保持像素的總面積相同的情況下，光敏元件(在這種情況下是光電二極管)可利用的面積顯然是增加了。因此，像素301的填充系數大于像素101的填充系數。圖4表示這是如何實現的。進而，圖4更加詳細地說明像素301的功能。
圖2所示的像素201只有一個優點對于使用光閘作為光敏元件的APS成像儀可增加填充系數。像素301通過減少元件實現了使用光電二極管作為光敏元件的APS成像儀的這一優點。與像素201相比，像素301的附加優點是光電二極管302的功能可以由光閘代替。因此，這種設計可以應用到使用光電二極管作為光敏元件的APS成像儀和使用光閘作為光敏元件的APS成像儀這兩者中。
有益的作法可以是，用浮柵或能夠進行電荷-電壓轉換的另外的電容性元件來代替浮置擴散體304。此外，當使用具有插接表面的光電二極管時，表面漏電流將要分散開。它的附加優點是可獲得暗電流的明顯減小。
與其它的設計選擇有關，使用P-MOSFET代替如圖3所示的N-MOSFET來實現像素301可能是有益的。在這種情況下，應該相應地改變光電二極管或光閘的偏置電壓。
圖4是按照本發明的攝像設備的示意略圖。攝像設備401包括圖像部分402和讀出部分403。
圖像部分402包括多個像素301，這些像素安排成由行和列組成的一個矩陣。圖像部分402還包括多個傳輸總線、多個復位總線、和多個行選擇總線。每一行像素301都有它自已的傳輸總線404、復位總線405、和行選擇總線406。定位在同一行中的像素301的傳輸柵極307連接到同一個傳輸總線404；定位在同一行中的像素301的復位柵極308連接到同一個復位總線405；定位在同一行中的像素301的第二外部節點310連接到同一個行選擇總線406。圖像部分402還包括多個讀出總線。像素301的每一列都有它自已的讀出總線407。定位在同一列中的像素301的第一外部節點309連接到同一個讀出總線407。總線的這種安排能使像素由首先選擇的一行像素(不選擇其余的行)逐行地讀出，然后讀出在每一列中所選像素的像素信號。
讀出部分403包括一個控制和選擇模塊408，控制和選擇模塊408包括一些電路，用來逐行地選擇和控制像素301的操作。進而，讀出部分403包括用來施加第一直流電壓VHIGH的第一直流電壓源409、用來施加第二直流電壓VLOW的第二直流電壓源410、和多個選擇開關。每個選擇開關411都耦合到一行選擇總線406、第一電壓源409、和第二電壓源410。在第一操作模式中，開關411將行選擇總線406電耦合到第一電壓源409、和在第二操作模式中，開關411將行選擇總線406電耦合到第二電壓源410。控制和選擇模塊408確定開關411是在第一模式操作還是在第二模式操作。
讀出部分進一步還包括多個采樣和保持電路412。每一個采樣和保持電路都包括一個連接到讀出總線407的輸入端419以及一個輸出端413。每個采樣和保持電路還包括第一開關414和第一保持電容器415、第二開關416和第二保持電容器417、和差分放大器418。第一保持電容器415連接到差分放大器的第一輸入端，并且經過第一開關414耦合到讀出總線407。第二保持電容器417連接到差分放大器的第二輸入端，并且經過第二開關416耦合到讀出總線407。差分放大器418的輸出形成采樣和保持電路的輸出413。
操作中，采樣和保持電路412完成相關的兩次采樣，以讀出像素301。借助于第一開關414和第一保持電容器415，存儲第一采樣值，該第一采樣值代表讀出的像素301的浮置擴散體304的參考電平。借助于第二開關416和第二保持電容器417，存儲第二采樣值，該第二采樣值代表讀出的像素301的浮置擴散體304的參考電平和信號電平之和。差分放大器418從第二采樣值中減去第一采樣值。放大所得的差，這個差作為像素輸出信號出現在采樣和保持電路412的輸出端413。
是否選擇一個像素通過對浮置擴散體304的電壓電平編程或設置確定。將像素301的浮置擴散體304的電壓電平編程為VLOW，可有效地使源極跟隨器晶體管305截止，因此不選擇這個像素。將浮置擴散體304的電壓電平編程為VHIGH，可有效地使源極跟隨器晶體管305導通。必須對VLOW和VHIGH進行選擇，以使源極跟隨器晶體管305的最終柵-源電壓在所說浮置擴散體304編程為VLOW的情況下確實低于閾值電壓，并且在所說浮置擴散體編程為VHIGH的情況下確實高于閾值電壓。對于如圖3和4所示的使用P-MOSFET代替N-MOSFET的情況下，必須適當調整VLOW和VHIGH的數值。
在操作中，可以按照包括下述步驟的方式讀出攝像設備401中的像素301-借助于開關411將所有的行選擇總線406耦合到電壓源410，由此將VLOW加到所有的行選擇總線；-將復位信號加到所有的復位總線405，由此將所有的像素301的浮置擴散體304編程為VLOW，從而有效地截止所有像素的源極跟隨器晶體管305；-借助于開關411耦合要讀出的這行像素301的行選擇總線406到電壓源409，由此將VHIGH加到要讀出的這行像素的行選擇總線406；-將復位信號加到要讀出的這行像素301的復位總線406，由此將這些像素的浮置擴散體304編程為VHIGH，于是有效地導通了要讀出的像素的源極跟隨器晶體管305；-采樣要讀出的像素301的浮置擴散體304的參考電平；-傳送光電二極管302中存儲的電荷到要讀出的像素301的浮置擴散體304；-采樣這個信號以及要讀出的像素301的浮置擴散體304的參考電平。
以上所述是如何讀出攝像設備401的像素301的一個實例。本領域的普通技術人員顯然清楚，這不是唯一的方式，提供基本上相同的結果的其它方式也是可能的。
圖5是按照本發明的攝像機系統的示意略圖。攝像機系統501包括用于聚焦圖像在攝像設備502的圖像部分505上的光學裝置(未示出)、數字信號處理器503、和控制器504。攝像設備502轉換投影到圖像部分505上的圖像為電輸出信號，該電輸出信號經數字化后轉換成適當的格式，并發送到數字信號處理器503。數字信號處理器503完成一系列處理步驟，例如包括彩色校正、圖像格式自適應、或圖像編碼，然后傳送或存儲在適當的裝置上，如盒式錄像帶或硬盤。這在圖5中沒有表示出來。控制器504協調攝像機系統501中的各項不同任務。
攝像設備502就是如圖4所示的攝像設備401。它包括通信總線電路506和其它電子電路507，例如圖像部分505和讀出部分508。數字信號處理器503包括通信總線509和用于實現實際的信號處理的DSP芯片510。控制器504包括通信總線電路511和用于實現實際控制任務的其它電子電路512。通信總線電路506、509、511是相同的通信總線的部分。通信總線便于在攝像設備502、數字信號處理器503、和控制器504之間的通信。
顯然，具有按照本發明的攝像設備的攝像機系統的其它實施例也是可能的。這樣的攝像機系統的基本實施例只包括用于投影圖像到攝像設備502的圖像部分505上的光學裝置，而像素輸出信號就是攝像機系統的輸出信號。在具有按照本發明的攝像設備的攝像機系統的其它實施例中，攝像設備502和數字信號處理器503集成在單個集成電路中。在具有按照本發明的攝像設備的攝像機系統的其它實施例中，省去了控制器504和包括總線接口506、509、511在內的總線系統。
此外，顯然可以看出，上述的圖像是由人眼可見的波長范圍內的電磁輻射組成的圖像。這些圖像還可能是例如紅外圖像。
總之，本發明涉及具有排列成行和列的矩陣的攝像設備401。每個像素301包括光敏元件302、浮置擴散體304、傳輸晶體管303、其控制電極連接到浮置擴散體304的放大晶體管305、和復位晶體管306。外部節點310經過行選擇總線406耦合到選擇開關。選擇開關411向行選擇總線406提供或者由第一電壓源409產生的第一偏置電壓，或者由第二電壓源410產生的第二偏置電壓。施加第一偏置電壓同時使復位晶體管306導通，將浮置擴散體304編程為第一偏置電壓，該第一偏置電壓將放大晶體管305偏置成導通狀態，由此選擇像素301。類似地，施加第二偏置電壓將放大晶體管305偏置成截止狀態，因此不選擇像素301。選擇和不選擇像素的這種方式不再需要在每個像素里的單獨的選擇晶體管，因此增加了像素的填充系數。這種處理方法對于應用關聯的兩次采樣(CDS)的攝像設備尤其有用。
應該理解，以上描述的目的是為了說明而不是為了限制。回顧了上述描述，許多實施例對于本領域的普通技術人員來說將是顯而易見的。因此，本發明的范圍不應由上述描述確定，而應由所附的權利要求書及其相關的合法等效物確定。
例如，根據設計的考慮，逐個像素地讀出像素可能是有利的，而不是逐行地讀出。這有利于選擇除行選擇總線406以外的裝置來把像素301的第二外部節點耦合到第一和第二直流電壓源。
例如，對于像素301的改進包括抗凝霜(anti-bloom)裝置，它包括一個附加的晶體管，這個晶體管的主導通通道耦合在光敏元件302和另一個直流電壓源之間，以便可以除去在光敏元件中產生的過多的電荷而對像素信號沒有貢獻，它的控制電極耦合到另一個直流電壓源，這個直流電壓源提供預定的電壓電平，用于控制可能存儲在光敏元件中的最大電荷。
權利要求
1.一種包括多個像素的攝像設備(401)，至少一個像素(301)包括光敏元件(302)，用于轉換光成為電荷；電荷-電壓轉換節點(304)，用于轉換所說的電荷為電壓電平；傳輸晶體管(303)，它的主導通通道連接在所說的光敏元件(302)和所說的電荷-電壓轉換節點(304)之間；放大晶體管(305)，它的控制電極連接到所說的電荷-電壓轉換節點(304)，它的主導通通道連接到所說像素的第一外部節點(309)，并且耦合到所說像素的第二外部節點(310)；和復位晶體管(306)，它的主導通通道連接在所說電荷-電壓轉換節點(304)和所說第二外部節點(310)之間，其特征在于所說的第二外部節點(310)耦合到偏置裝置(406、411、409、410)，用于提供至少兩個不同的電壓電平給所說電荷-電壓轉換節點(304)，以便分別偏置所說的放大晶體管(305)成截止狀態和導通通道。
2.根據權利要求1所述的攝像設備，其特征在于所說的像素(301)排列成行和列，構成一個矩陣，在一個行內的像素的第二外部節點(310)連接到行選擇總線(406)。
3.根據權利要求2所述的攝像設備，其特征在于所說的偏置裝置包括用于提供第一偏置電壓的第一電壓源(409)，用于提供第二偏置電壓的第二電壓源(410)，和用于向所說的行選擇總線(406)耦合或者所說第一電壓源(409)或者所說第二電壓源(410)的選擇開關(411)。
4.根據權利要求1所述的攝像設備，其特征在于所說的光敏元件(302)包括光電二極管。
5.根據權利要求1所述的攝像設備，其特征在于所說的光敏元件包括光閘。
6.根據權利要求1所述的攝像設備，其特征在于所說的放大晶體管(305)是絕緣柵場效應晶體管。
7.根據權利要求1所述的攝像設備，其特征在于所說的復位晶體管(306)是絕緣柵場效應晶體管。
8.根據權利要求1所述的攝像設備，其特征在于所說的傳輸晶體管(303)是絕緣柵場效應晶體管。
9.一種攝像機系統，包括光學裝置，用于向攝像設備(502)的圖像部分(505)聚焦圖像，其特征在于所說的攝像設備(502)是按照前述的權利要求之一所述的攝像設備。
全文摘要
本發明涉及具有安排成行和列的像素的攝像設備(401)。每個像素(301)包括光敏元件(302)、浮置擴散體(304)、傳輸晶體管(303)、其控制電極連接到浮置擴散體(304)的放大晶體管(305)和復位晶體管(306)。外部節點(310)經過行選擇總線(406)耦合到選擇開關。選擇開關(411)向行選擇總線(406)提供由第一電壓源(409)產生的第一偏置電壓、或者由第二電壓源(410)產生的第二偏置電壓。施加第一偏置電壓同時導通復位晶體管(306)將浮置擴散體(304)編程為第一偏置電壓，該第一偏置電壓將放大晶體管(305)偏置成導通狀態，從而選擇該像素(301)。類似地，施加第二偏置電壓，放大晶體管(305)成截止狀態，從而不選擇該像素(301)。選擇和不選擇像素的這種方式不再需要每個像素中單獨的選擇晶體管，因而提高了像素的填充系數。這種處理方法對于應用關聯的兩次采樣(CDS)的攝像設備特別有用。
文檔編號H04N5/335GK1606810SQ02825662
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月3日 優先權日2001年12月21日
發明者A·W·M·科索特, W·霍克斯特拉 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司