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TW201347158A - 具有浮動擴散開關的成像裝置 - Google Patents

具有浮動擴散開關的成像裝置 Download PDF

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TW201347158A
TW201347158A TW102111043A TW102111043A TW201347158A TW 201347158 A TW201347158 A TW 201347158A TW 102111043 A TW102111043 A TW 102111043A TW 102111043 A TW102111043 A TW 102111043A TW 201347158 A TW201347158 A TW 201347158A
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TW
Taiwan
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photosensitive element
node
floating diffusion
image charge
imaging
Prior art date
Application number
TW102111043A
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English (en)
Inventor
Jeong-Ho Lyu
Original Assignee
Omnivision Tech Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
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Abstract

本發明之實施例描述利用雙浮動擴散開關來增強具有多個光敏元件之像素的動態範圍。在該等光敏元件之浮動擴散節點之間插入雙浮動擴散開關允許針對一像素之每一光敏元件控制及選擇轉換增益。此外，在利用一光敏元件用於高轉換增益之實施例中，該各別光敏元件之高轉換增益之值可能歸因於浮動擴散節點之間的分離而增加，從而實現對低光條件之高敏感性。

Description

具有浮動擴散開關的成像裝置
本發明一般而言係關於影像擷取裝置，且特定而言(但不排他地)係關於增強影像擷取裝置之動態範圍。
影像感測器已變得普遍存在。其廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、安全相機及醫療、汽車及其他應用中。用以製造影像感測器且尤其為互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)影像感測器(「CIS」)之技術已持續快速發展。舉例而言，較高解析度及較低功率消耗之需求已鼓勵了此等影像感測器之進一步微型化及整合。
圖1為說明影像感測器陣列內之兩個四電晶體(「4T」)像素單元Pa及Pb(分別展示為像素單元100及150)之像素電路的電路圖。像素單元Pa及Pb以兩列及一行配置，且時間共用單一讀出行線或位元線。像素單元100包括光電二極體110、轉移電晶體101、重設電晶體102、源極隨耦器(「SF」)或放大器(「AMP」)電晶體103，及列選擇(「RS」)電晶體104。像素單元150類似地包括光電二極體160、轉移電晶體151、重設電晶體152、SF電晶體153，及RS電晶體154。
在像素單元100之操作期間，該轉移電晶體接收轉移信號TX，其將累積於光電二極體110中之電荷轉移至浮動擴散(FD)節點105。重設電晶體102耦合於電力軌VDD與FD節點105之間以在重設信號RST之控制下重設像素(例如，將FD及PD放電或充電至預設電壓)。FD節點 105經耦合以控制AMP電晶體103之閘極。AMP電晶體103耦合於電力軌VDD與RS電晶體104之間。AMP電晶體103作為源極隨耦器操作，其提供至FD節點105之高阻抗連接。最終，RS電晶體104選擇性地耦合像素電路之輸出以在信號RS之控制下將像素中之影像資料讀出至位元線。像素單元150亦包括FD節點(展示為節點155)，且以與像素單元100類似之方式組態。
像素單元100及150之轉換增益與其各別FD節點之電容成反比。 高轉換增益可有益於改良低光敏感度。對於傳統影像感測器而言，可藉由減少FD節點之電容來增加轉換增益；然而隨著像素單元大小縮減及FD節點之電容減小，因此明亮環境中之像素飽和或過度曝光變得更嚴重。需要用於多光電二極體像素實現高動態範圍及大轉換增益範圍之解決方案。
100‧‧‧像素單元
101‧‧‧轉移電晶體
102‧‧‧重設電晶體
103‧‧‧源極隨耦器(SF)或放大器(AMP)電晶體
104‧‧‧列選擇(RS)電晶體
105‧‧‧浮動擴散(FD)節點
110‧‧‧光電二極體
150‧‧‧像素單元
151‧‧‧轉移電晶體
152‧‧‧重設電晶體
153‧‧‧SF電晶體
154‧‧‧RS電晶體
155‧‧‧FD節點
160‧‧‧光電二極體
200‧‧‧成像系統
205‧‧‧像素陣列
210‧‧‧讀出電路
215‧‧‧功能邏輯
220‧‧‧控制電路
300‧‧‧雙共用像素單元
301‧‧‧轉移電晶體
302‧‧‧轉移電晶體
303‧‧‧重設電晶體
304‧‧‧雙浮動擴散開關
305‧‧‧SF或AMP電晶體
306‧‧‧列選擇電晶體
311‧‧‧光電二極體
312‧‧‧光電二極體
321‧‧‧浮動擴散節點
322‧‧‧浮動擴散節點
330‧‧‧位元線
331‧‧‧節點
332‧‧‧節點
400‧‧‧雙共用像素單元
401‧‧‧轉移電晶體
402‧‧‧轉移電晶體
403‧‧‧重設電晶體
404‧‧‧雙浮動擴散開關
405‧‧‧SF或AMP電晶體
406‧‧‧列選擇電晶體
411‧‧‧光電二極體
412‧‧‧光電二極體
421‧‧‧浮動擴散節點
422‧‧‧浮動擴散節點
430‧‧‧位元線
431‧‧‧節點
432‧‧‧節點
500‧‧‧時序圖
510‧‧‧時間
512‧‧‧時間
513‧‧‧時間
514‧‧‧時間
515‧‧‧時間
520‧‧‧時間
521‧‧‧時間
522‧‧‧時間
523‧‧‧時間
524‧‧‧時間
525‧‧‧時間
526‧‧‧時間
530‧‧‧時間
600‧‧‧四共用像素單元
601‧‧‧轉移電晶體
602‧‧‧轉移電晶體
603‧‧‧轉移電晶體
604‧‧‧轉移電晶體
605‧‧‧雙浮動擴散開關
606‧‧‧雙浮動擴散開關
607‧‧‧重設電晶體
608‧‧‧重設電晶體
609‧‧‧SF或AMP電晶體
610‧‧‧列選擇電晶體
611‧‧‧光電二極體
612‧‧‧光電二極體
613‧‧‧光電二極體
614‧‧‧光電二極體
621‧‧‧浮動擴散節點
622‧‧‧浮動擴散節點
623‧‧‧浮動擴散節點
624‧‧‧浮動擴散節點
625‧‧‧節點
630‧‧‧位元線
700‧‧‧時序圖
710‧‧‧時間
712‧‧‧時間
713‧‧‧時間
714‧‧‧時間
715‧‧‧時間
720‧‧‧時間
721‧‧‧時間
722‧‧‧時間
723‧‧‧時間
724‧‧‧時間
725‧‧‧時間
726‧‧‧時間
730‧‧‧時間
750‧‧‧時間
C1‧‧‧行
C2‧‧‧行
C3‧‧‧行
C4‧‧‧行
C5‧‧‧行
Cx‧‧‧行
DFD‧‧‧雙浮動擴散節點信號
DFD1‧‧‧雙浮動擴散節點信號
DFD2‧‧‧雙浮動擴散節點信號
P1‧‧‧像素
P2‧‧‧像素
P3‧‧‧像素
Pa‧‧‧像素單元
Pb‧‧‧像素單元
Pn‧‧‧像素
R1‧‧‧列
R2‧‧‧列
R3‧‧‧列
R4‧‧‧列
R5‧‧‧列
RS‧‧‧列選擇信號
RST‧‧‧重設信號
RST1‧‧‧重設信號
RST2‧‧‧重設信號
Ry‧‧‧列
SHR‧‧‧取樣重設信號
SHS‧‧‧取樣信號
TX‧‧‧轉移信號
TX1‧‧‧轉移信號
TX2‧‧‧轉移信號
VDD‧‧‧電力軌
參考附圖描述本發明之非限制性及非詳盡實施例，其中相同參考數字在各圖中始終指代相同部分，除非另外指定。圖式未必按比例繪製，而為強調說明所描述之原理。
圖1為說明兩個四電晶體像素單元之先前技術像素電路的圖。
圖2為說明根據本發明實施例之成像系統的功能方塊圖。
圖3為說明根據本發明實施例之具有雙浮動擴散開關之雙共用像素單元的圖。
圖4為說明根據本發明實施例之具有雙浮動擴散開關之雙共用像素單元的圖。
圖5為展示根據本發明實施例之讀出具有雙浮動擴散開關之雙共用像素單元的方法的時序圖。
圖6為說明根據本發明實施例之具有雙浮動擴散開關之四共用像素單元的電路圖。
圖7為展示根據本發明實施例之讀出四共用像素單元之方法的時序圖。
以下為對某些細節及實施方案之描述，包括對圖之描述，圖可描繪下文描述之實施例中的一些或全部，及論述本文呈現之發明性概念的其他可能實施例或實施方案。下文提供對本發明之實施例的概述，之後為參考附圖之更詳細描述。
本文描述包含具有浮動擴散開關之像素單元以增強影像擷取裝置之動態範圍之影像感測器及操作方法的實施例。在以下描述中，陳述許多具體細節以提供對實施例之詳盡理解。然而熟習此項技術者將認識到，本文描述之技術可在無該等具體細節中之一或多者的情況下或者藉由其他方法、組件、材料等來實踐。在其他例子中，未詳細展示或描述熟知結構、材料或操作，以免混淆某些態樣。
整個本說明書中對「一個實施例」或「一實施例」之參考意謂結合實施例描述之特定特徵、結構、程序、區塊或特性包括於本發明之至少一個實施例中。因此，片語「在一個實施例中」或「在一實施例中」在整個本說明書中各處之出現未必意謂片語全部指代同一實施例。在一或多個實施例中，特定特徵、結構或特性可以任何合適方式組合。
圖2為說明根據本發明實施例之成像系統的功能方塊圖。所說明實施例成像系統200包括像素陣列205、讀出電路210、功能邏輯215及控制電路220。
像素陣列205為成像感測器單元或像素單元(例如，像素P1、P2、…、Pn)之二維(2D)陣列。在一個實施例中，每一像素單元為互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像像素。像素陣列205可實施為前側照明式影像感測器或背側照明式影像感測器。如所說明，每一像素單元 配置成一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)以獲取人、地點或物件之影像資料，其可接著用以呈現該人、地點或物件之影像。
在每一像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，影像資料由讀出電路210讀出且轉移至功能邏輯215。讀出電路210可包括行放大電路、類比至數位(ADC)轉換電路或其他電路。功能邏輯215可簡單地儲存影像資料或甚至藉由應用後影像效應(例如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱影像資料。在一個實施例中，讀出電路210可沿著讀出行線每次讀出一列影像資料，或可使用多種其他技術(未說明)讀出影像資料，諸如串列讀出、沿著讀出列線之行讀出，或同時所有像素之完全並列讀出。應瞭解，將像素陣列205內之一排像素單元指定為一列或一行為任意的，且為旋轉視角之一。由此，術語「列」及「行」之使用意欲僅用以對兩個軸進行互相區分。
控制電路220耦合至像素陣列205且包括用於控制像素陣列205之操作特性的邏輯及驅動器電路。舉例而言，重設、列選擇及轉移信號可由控制電路220產生。控制電路220可包括列驅動器，以及其他控制邏輯。
圖3為說明根據本發明實施例之具有雙浮動擴散開關之雙共用像素單元的圖。像素電路300為用於實施圖2之像素陣列205內之每一像素單元的一種可能像素電路架構。然而應瞭解，本文揭示之教示不限於所說明之像素架構；實情為，得益於本發明之一般熟習此項技術者將瞭解，本發明教示亦適用於各種其他像素架構。
雙共用像素單元300包含複數個光敏區，包括光電二極體311及312、轉移電晶體301及302、重設電晶體303、雙浮動擴散開關304、源極隨耦器(「SF」)或放大器(「AMP」)電晶體305，及列選擇電晶體306。
雙共用像素單元300之轉移電晶體301及302各自耦合至一對節點-電晶體301圖示為耦合至節點331及浮動擴散節點321，而電晶體302圖示為耦合至節點332及浮動擴散節點322。節點331及332分別耦合至光電二極體311及312。在操作期間，轉移電晶體301接收轉移信號TX1，其將累積於光電二極體311中之電荷轉移至浮動擴散節點321。轉移電晶體302接收轉移信號TX2，其將累積於光電二極體312中之電荷轉移至浮動擴散節點322。
在此實施例中，光電二極體311及312說明為具有相對相同之光敏性。在其他實施例中(諸如下文描述之圖4之像素400)，光電二極體311及312可具有不同光敏性。
在此實施例中，像素300包括雙浮動擴散開關304，其耦合於浮動擴散節點321與322之間以用於在雙浮動擴散節點信號DFD之控制下選擇性地耦合浮動擴散節點321及322。藉由在雙浮動擴散節點信號DFD之控制下接通及斷開雙浮動擴散開關304，可選擇性地補充浮動擴散節點321之電容(例如，增加超過浮動擴散節點322之固有電容)，藉此改變雙共用像素單元300之轉換增益。在此實施例中，當雙浮動擴散節點信號DFD經撤銷確證時，浮動擴散節點322之固有電容可用於光電二極體312之讀出。當雙浮動擴散節點信號DFD經確證時，浮動擴散節點321及322之固有電容可用於光電二極體311或312之讀出。藉由改變可用於光電二極體之讀出的電容，可調整轉換增益。
在此實施例中，重設電晶體303耦合於電力軌VDD與浮動擴散節點321之間以在重設信號RST之控制下重設雙共用像素單元300。重設電晶體303可進一步耦合至浮動擴散節點322以重設雙共用像素單元300。SF電晶體305之閘極端子耦合至浮動擴散節點322。SF電晶體305耦合於電力軌VDD與位元線330之間，且作為源極隨耦器操作，其提供至浮動擴散節點322之高阻抗連接。列選擇電晶體306在列選擇信 號RS之控制下選擇性地將位元線330耦合至SF電晶體305。在一個實施例中，該列選擇電晶體可省略，且SF電晶體305可連接至位元線330。在此實施例中，SF電晶體305耦合於列選擇電力軌RSVDD與位元線330之間。
在此實施例中，雙浮動擴散開關304之存在分離浮動擴散節點321及322，且減少直接在浮動擴散節點321及322上方之金屬互連件之量，藉此減少先前技術解決方案中使用之金屬互連件(例如，圖1之連接110)所引起之電容。
圖4為說明根據本發明實施例之具有雙浮動擴散開關之雙共用像素單元的圖。類似於圖3中說明之實施例，雙共用像素單元400包含複數個光敏區，包括光電二極體411及412、轉移電晶體401及402、重設電晶體403、雙浮動擴散開關404、源極隨耦器(「SF」)或放大器(「AMP」)電晶體405，及列選擇電晶體406。
雙共用像素單元400之轉移電晶體401及402各自耦合至一對節點-電晶體401圖示為耦合至節點431及浮動擴散節點421，而電晶體402圖示為耦合至節點432及浮動擴散節點422。節點431及432分別耦合至光電二極體411及412。類似於圖3中說明之實施例，在操作期間，轉移電晶體401接收轉移信號TX1，其將累積於光電二極體411中之電荷轉移至浮動擴散節點421。轉移電晶體402接收轉移信號TX2，其將累積於光電二極體412中之電荷轉移至浮動擴散節點422。
在本發明之此實施例中，411及412具有不同光敏性，其中光電二極體411具有比光電二極體412低之光敏性。影響光敏性之因素包括光電二極體之實體大小及光電二極體中之摻雜劑的濃度-在說明之實施例中，光電二極體412圖示為比光電二極體411大。在其他實施例中，該等光電二極體可由於除大小之外的因素而具有不同光敏性。
具有低光敏性之光電二極體可有益於改良高光影像品質。此光 電二極體將需要低轉換增益及較大浮動擴散電容。在此實施例中，藉由將浮動擴散節點421及422耦合在一起將獲得較大浮動擴散電容。
具有高光敏性之光電二極體可有益於改良低光影像品質。此光電二極體將需要高轉換增益及較低浮動擴散電容。在此實施例中，藉由隔離浮動擴散節點421與422將實現較低浮動擴散電容。
類似於圖3中說明之實施例，像素400包括雙浮動擴散開關404，其耦合於浮動擴散節點421與422之間以用於在雙浮動擴散節點信號DFD之控制下選擇性地耦合浮動擴散節點421及422。藉由在雙浮動擴散節點信號DFD之控制下接通及斷開雙浮動擴散開關404，可選擇性地補充浮動擴散節點421之電容(例如，增加超過浮動擴散節點422之固有電容)，藉此改變雙共用像素單元400之轉換增益。在此實施例中，當雙浮動擴散節點信號DFD經撤銷確證時，浮動擴散節點422之固有電容可用於光電二極體412之讀出。當雙浮動擴散節點信號DFD經確證時，浮動擴散節點421及422之固有電容可用於光電二極體411或412之讀出。藉由改變可用於光電二極體之讀出的電容，調整轉換增益。
在此實施例中，重設電晶體耦合於電力軌VDD與浮動擴散節點421之間以在重設信號RST之控制下重設雙共用像素單元400。重設電晶體可進一步耦合至浮動擴散節點422以重設雙共用像素單元400。SF電晶體405之閘極端子耦合至浮動擴散節點422。SF電晶體405耦合於電力軌VDD與位元線430之間，且作為源極隨耦器操作，其提供至浮動擴散節點422之高阻抗連接。在其他實施例中，雙共用像素單元400中可包括列選擇電晶體。列選擇電晶體406在列選擇信號RS之控制下選擇性地將位元線430耦合至SF電晶體405。在一個實施例中，該列選擇電晶體可省略，且SF電晶體405連接至位元線430。在此實施例中，SF電晶體405耦合於列選擇電力軌RSVDD與位元線430之間。
圖5為展示根據本發明實施例之讀出具有雙浮動擴散開關之雙共用像素單元的方法的時序圖。僅為了例示性目的，以下針對時序圖500之描述參考圖4之像素400的元件。在積分週期結束時(圖5中未圖示)，讀出操作藉由浮動擴散421及422之重設而開始於時間510，其為藉由確證雙浮動擴散節點信號DFD且臨時確證重設信號RST來完成。在時間510，確證列選擇信號RS。接著在時間512，臨時確證取樣重設信號SHR，此允許取樣與保持(「S&H」)電路對重設電壓進行取樣。在時間513，藉由雙浮動擴散節點信號DFD，臨時確證轉移信號TX1，且將累積於光電二極體411中之電荷轉移至浮動擴散節點421及422。接著在時間514，臨時確證取樣信號SHS，此允許S&H電路對來自浮動擴散節點421及422之影像電壓進行取樣。
在時間520，光電二極體412之讀出以浮動擴散422之重設開始，其為藉由臨時確證重設信號RST來完成。在時間521之前不撤銷確證雙浮動擴散節點信號DFD，時間521發生於時間520之後，但在重設信號RST經撤銷確證之前。在時間522，臨時確證取樣重設信號SHR，此允許S&H電路對重設電壓進行取樣。在時間523，臨時確證轉移信號TX2，且將累積於光電二極體412中之電荷轉移至浮動擴散節點422。接著在時間524，臨時確證取樣信號SHS，此允許S&H電路對影像電壓進行取樣。在時間525，撤銷確證取樣信號SHS。在某個時間526，在下一像素單元之讀出開始之前，在時間530，確證雙浮動擴散節點信號DFD以耦合浮動擴散節點421及422以準備其進行重設或者在下一積分週期之前重設光電二極體411及412，且撤銷確證列選擇信號RS。
在此實施例中，雙浮動擴散節點信號DFD不需要經確證以重設浮動擴散節點422。在其他實施例中，該重設電晶體可耦合至浮動擴散節點422以使得可在時間515之後且在時間520之前的某個時間撤銷確 證雙浮動擴散節點信號DFD。
在另一實施例中，列選擇電晶體可省略，且SF電晶體T5連接至位元線BL。在此實施例中，自時間510至530，在光電二極體411及412之讀出期間，確證列選擇電力軌RSVDD，在光電二極體411及412之積分期間，撤銷確證列選擇電力軌RSVDD。
圖6為說明根據本發明實施例之具有雙浮動擴散開關之四共用像素單元的電路圖。像素電路600為用於實施圖2之像素陣列205內之每一像素單元的一種可能之像素電路架構。四共用像素單元600類似於圖3及圖4之雙共用像素單元。四共用像素單元600包含轉移電晶體601、602、603及604、光電二極體611、612、613及614、雙浮動擴散開關605及606、重設電晶體607及608、SF或AMP電晶體609，及列選擇電晶體610。
四共用像素單元600之每一轉移電晶體包含第一及第二節點。轉移電晶體601、602、603及604之第一節點分別耦合至光電二極體611、612、613及614。在操作期間，轉移電晶體601接收轉移信號TX1，其將累積於光電二極體611中之電荷轉移至轉移電晶體601之第二節點或浮動擴散節點621。轉移電晶體602、603及604藉由其各別轉移信號、光電二極體及浮動擴散節點而以類似方式操作。每一轉移電晶體耦合於其各別光電二極體與浮動擴散節點之間，然而轉移電晶體602及604進一步耦合至節點625。光電二極體611、612、613及614可具有相同光敏性，或可以任一組合而不同。
雙浮動擴散開關605及606分別在雙浮動擴散節點信號DFD1及DFD2之控制下分別耦合於浮動擴散節點621與622及623與624之間。藉由在雙浮動擴散節點信號DFD1(或DFD2)之控制下接通及斷開雙浮動擴散開關605(或606)，可選擇性地補充浮動擴散節點621(或623)之電容(例如，增加超過浮動擴散節點622之固有電容)，藉此改變四共 用像素單元600之轉換增益。當雙浮動擴散節點信號DFD1(或DFD2)經撤銷確證時，浮動擴散節點622之固有電容可用於光電二極體612(或614)之讀出。當雙浮動擴散節點信號DFD經確證時，浮動擴散節點621及622(或623及624)之固有電容可用於光電二極體611或612(或者613或614)之讀出。在四共用像素單元600中，藉由在四共用像素單元600中之四個光電二極體中之任一者的讀出期間同時確證雙浮動擴散節點信號DFD1及DFD2，可補充浮動擴散節點621及623之電容以進一步調整像素單元之轉換增益。藉由改變可用於光電二極體之讀出的電容，可調整像素600之轉換增益。
重設電晶體607耦合於電力軌VDD與浮動擴散節點621之間，而重設電晶體608耦合於電力軌VDD與浮動擴散節點623之間，以在重設信號RST1及RST2之控制下重設四共用像素單元600。在本發明之一個實施例中，重設電晶體607或608可省略，使得每一四共用像素單元600中僅1個重設電晶體用以重設像素單元之浮動擴散節點。在本發明之另一實施例中，單一重設電晶體耦合至節點625以重設像素單元之浮動擴散節點。SF電晶體609之閘極端子耦合至浮動擴散節點622。SF電晶體609耦合於電力軌VDD與位元線630之間，且作為源極隨耦器操作，其提供至節點625之高阻抗連接。列選擇電晶體可在列選擇信號RS之控制下選擇性地將位元線630耦合至SF電晶體609。在一個實施例中，該列選擇電晶體可省略，且SF電晶體609連接至位元線630。在此實施例中，SF電晶體609耦合於列選擇電力軌RSVDD與位元線630之間。
圖7為展示根據本發明實施例之讀出四共用像素單元之方法的時序圖。僅為了例示性目的，以下針對時序圖700之描述參考圖6之像素600的元件。在積分週期結束時(圖7中未圖示)，讀出操作藉由浮動擴散621及622之重設而開始於時間710，其為藉由確證雙浮動擴散節點 信號DFD1且臨時確證重設信號RST1及RST2來完成。在時間710，確證列選擇信號RS。接著在時間712，臨時確證取樣重設信號SHR，其允許取樣與保持(「S&H」)電路對重設電壓進行取樣。在時間713，藉由雙浮動擴散節點信號，臨時確證轉移信號TX1，且將累積於光電二極體PD1中之電荷轉移至浮動擴散節點621及622。接著在時間714，臨時確證取樣信號SHS，其允許S&H電路對來自浮動擴散節點621及622之影像電壓進行取樣。在時間715，撤銷確證取樣信號SHS。
在時間720，光電二極體PD2之讀出以浮動擴散節點622之重設開始，其為藉由臨時確證重設信號RST1來完成。在時間721之前不撤銷確證雙浮動擴散節點信號DFD1，時間721發生於時間720之後，但在重設信號RST1經撤銷確證之前。在時間722，臨時確證取樣重設信號SHR，其允許S&H電路對重設電壓進行取樣。在時間723，臨時確證轉移信號TX2，且將累積於光電二極體612中之電荷轉移至浮動擴散節點622。接著在時間724，臨時確證取樣信號SHS，其允許S&H電路對影像電壓進行取樣。在時間725，撤銷確證取樣信號SHS，撤銷確證列選擇信號RS。在某個時間726，在下一像素單元之讀出開始之前，在時間730，確證雙浮動擴散節點信號DFD。使用相同方法，自時間730至讀出週期之結束(在時間750)讀出光電二極體613及614，在時間750列選擇信號RS被撤銷確證，如圖7中所見。
在一個實施例中，重設電晶體可耦合至浮動擴散節點622，在此實施例中，可在時間715在S&H電路對來自光電二極體611之影像電壓進行取樣之後撤銷確證雙浮動擴散節點信號DFD1。另外，可在時間735在S&H電路對來自光電二極體613之影像電壓進行取樣之後撤銷確證雙浮動擴散節點信號DFD2。
在另一實施例中，該列選擇電晶體可省略，且SF電晶體609可連 接至位元線BL。在此實施例中，自時間710至750，在四共用像素單元600中之光電二極體的讀出期間，確證列選擇電力軌RSVDD，在光電二極體611及612之積分期間，撤銷確證列選擇電力軌RSVDD。
以上對本發明之所說明實施例之描述，包括摘要中描述之內容，不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式。雖然本文為了說明性目的而描述本發明之特定實施例及實例，但熟習此項技術者將認識到，各種修改在本發明之範疇內為可能的。舉例而言，在一個實施例中，RS電晶體610可自像素單元省略。RS電晶體610之省略將不影響像素單元在環境光偵測模式期間之操作。在一個實施例中，兩個或兩個以上光電二極體共用一像素單元之像素電路，諸如重設電晶體、源極隨耦器電晶體或列選擇電晶體。
鑒於以上詳細描述可對本發明做出修改。在以下申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於在說明書中揭示之特定實施例。實情為，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍判定，以下申請專利範圍將如請求項解釋之已確立原則來闡釋。
300‧‧‧雙共用像素單元
301‧‧‧轉移電晶體
302‧‧‧轉移電晶體
303‧‧‧重設電晶體
304‧‧‧雙浮動擴散開關
305‧‧‧SF或AMP電晶體
306‧‧‧列選擇電晶體
311‧‧‧光電二極體
312‧‧‧光電二極體
321‧‧‧浮動擴散節點
322‧‧‧浮動擴散節點
330‧‧‧位元線
331‧‧‧節點
332‧‧‧節點
DFD‧‧‧雙浮動擴散節點信號
RS‧‧‧列選擇信號
RST‧‧‧重設信號
TX1‧‧‧轉移信號
TX2‧‧‧轉移信號
VDD‧‧‧電力軌

Claims (20)

  1. 一種成像感測器像素，其包含：一第一光敏元件，其用以獲取一第一影像電荷；一第二光敏元件，其用以獲取一第二影像電荷；一第一轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第一影像電荷自該第一光敏元件轉移至一第一浮動擴散(FD)節點；一第二轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第二影像電荷自該第二光敏元件轉移至一第二FD節點；一雙FD開關，其用以選擇性地耦合該第一FD節點及該第二FD節點；及一源極隨耦器電晶體(SF)，其耦合至該雙FD開關以自該第一FD節點及該第二FD節點輸出該影像電荷。
  2. 如請求項1之成像感測器像素，其中該第二光敏元件及該第一光敏元件包含相同光敏性。
  3. 如請求項1之成像感測器像素，其中該第二光敏元件包含比該第一光敏元件大之一光敏性。
  4. 如請求項3之成像感測器像素，其中該第一光敏元件經組態以用於低轉換增益。
  5. 如請求項3之成像感測器像素，其中該第二光敏元件經組態以用於高轉換增益。
  6. 如請求項1之成像感測器像素，其中該第一光敏元件及該第二光敏元件安置於一半導體晶粒內，用於回應於入射在該成像感測器像素之一背側上的光而累積一影像電荷。
  7. 如請求項1之成像感測器像素，其中該第一光敏元件及該第二光敏元件安置於一半導體晶粒內，用於回應於入射在該成像感測 器像素之一前側上的光而累積一影像電荷。
  8. 如請求項1之成像感測器像素，其進一步包含：一第三光敏元件，其用以獲取一第三影像電荷；一第四光敏元件，其用以獲取一第四影像電荷；一第三轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第三影像電荷自該第三光敏元件轉移至一第三FD節點；一第四轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第四影像電荷自該第四光敏元件轉移至一第四FD節點；及一第二雙FD開關，其用以選擇性地耦合該第三FD節點及該第四FD節點；其中該SF電晶體進一步耦合至該第二雙FD開關以自該第三FD節點及該第四FD節點輸出該影像電荷。
  9. 一種系統，其包含：一成像像素陣列，其中每一成像像素包括：一第一光敏元件，其用以獲取一第一影像電荷；一第二光敏元件，其用以獲取一第二影像電荷；一第一轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第一影像電荷自該第一光敏元件轉移至一第一浮動擴散(FD)節點；一第二轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第二影像電荷自該第二光敏元件轉移至一第二FD節點；一雙FD開關，其用以選擇性地耦合該第一FD節點及該第二FD節點；及一源極隨耦器電晶體(SF)，其耦合至該雙FD開關以自該第一FD節點及該第二FD節點輸出該影像電荷；一控制單元，其耦合至該成像像素陣列以控制該成像像素陣列之影像資料擷取；及 讀出電路，其耦合至該成像像素陣列以自該等成像像素中之每一者讀出該影像資料。
  10. 如請求項9之系統，其中對於該成像像素陣列之每一成像像素，該第二光敏元件及該第一光敏元件包含相同光敏性。
  11. 如請求項9之系統，其中對於該成像像素陣列之每一成像像素，該第二光敏元件包含比該第一光敏元件大之一光敏性。
  12. 如請求項11之系統，其中對於該成像像素陣列之每一成像像素，該第一光敏元件經組態以用於低轉換增益。
  13. 如請求項11之系統，其中對於該成像像素陣列之每一成像像素，該第二光敏元件經組態以用於高轉換增益。
  14. 如請求項9之系統，其中對於該成像像素陣列之每一成像像素，該第一光敏元件及該第二光敏元件安置於一半導體晶粒內，用於回應於入射在該成像像素之一背側上的光而累積一影像電荷。
  15. 如請求項9之系統，其中對於該成像像素陣列之每一成像像素，該第一光敏元件及該第二光敏元件安置於一半導體晶粒內，用於回應於入射在該成像像素之一前側上的光而累積一影像電荷。
  16. 如請求項11之系統，其中該成像像素陣列進一步包括：一第三光敏元件，其用以獲取一第三影像電荷；一第四光敏元件，其用以獲取一第四影像電荷；一第三轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第三影像電荷自該第三光敏元件轉移至一第三FD節點；一第四轉移閘極電晶體，其用以選擇性地將該第四影像電荷自該第四光敏元件轉移至一第四FD節點；及一第二雙FD開關，其用以選擇性地耦合該第三FD節點及該第 四FD節點；其中該SF電晶體進一步耦合至該第二雙FD開關以自該第三FD節點及該第四FD節點輸出該影像電荷。
  17. 一種方法，其包含：選擇性地將一第一影像電荷自一第一光敏元件轉移至一第一浮動擴散(FD)節點；選擇性地將一第二影像電荷自一第二光敏元件轉移至一第二FD節點；經由一雙FD開關選擇性地耦合該第一FD節點及該第二FD節點；及經由耦合至該雙FD開關之一源極隨耦器電晶體(SF)自該第一FD節點及該第二FD節點輸出該影像電荷。
  18. 如請求項17之方法，其中該第二光敏元件及該第一光敏元件包含相同光敏性。
  19. 如請求項17之方法，其中該第二光敏元件包含比該第一光敏元件大之一光敏性。
  20. 如請求項17之方法，其中該第一光敏元件經組態以用於低轉換增益，且該第二光敏元件經組態以用於高轉換增益。
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