具有有源像素的cmos成像陣列的製作方法
2023-06-09 19:48:41
專利名稱：具有有源像素的cmos成像陣列的製作方法
技術領域：
本發明涉及光敏裝置，尤其涉及具有有源像素圖像傳感器的成像陣列，此有源像素圖像傳感器的像素內含有電晶體。
背景技術：
在已有技術中，通過完成感知入射光輻射、把該輻射轉換成載流子，以及把這些載流子存入光敏材料等步驟而操作的圖像敏感裝置。圖像敏感裝置或稱像素的輸出信號源於所存儲的載流子的傳輸。一般通過一系列地址編隊寄存器或一系列電荷耦合器件(CCD)，把電荷從像素傳輸到處理電子的介質或存儲介質。在傳輸期間，因為信號是由載流子構成的，所以輸出信號對獲得的噪聲非常敏感。近來在相關領域內的工作已涉及噪聲敏感問題，也在尋求降低基於CCD的成像器成本的方法。
可以一些不同的方式獲得在輸出信號上出現的噪聲，包括過剩電荷的產生、電路中的熱運動、載流子的損耗、像素之間的變化，以及復位操作中的不規則等。解決該問題的一個設計方案是在像素中裝一個光電二極體、一個FET開關和一個電荷疇讀出裝置。雖然這的確引起某些商業上的成功，但還未令人滿意地解決有關這些噪聲源的問題。
製造基於CCD的成像器的成本相當高，這是由於要完成許多特殊製造操作而引起的。減少成像像素的固有尺寸，可減少其製造成本。但這也減少了圖像敏感像素的動態範圍。隨著像素尺寸的減少，噪聲電平也降低，但信號強度以比噪聲電平降低速率更快的速率降低。依次，減少的動態範圍對成像系統光學寄予更多的設計要求。
儘管有以上的設計問題，通常的圖像獲取技術大多以光敏裝置為基礎，這些光敏裝置利用CCD作為光輻射檢測。這些裝置用於各種商用成像產品中，諸如圖像編碼裝置(camcorder)和視頻攝像機，它們的目標都指向一個巨大的消費者市場。然而，當考慮到CCD基電子設備的工作特性和製造時，一些其它的困難變得明顯起來。
例如，裝有CCD的電路的操作需要對CCD提供非標準電壓。這就需要電子處理設備中具有更複雜的電力供應和電路分布。這些需要使得在使用單一標準電壓的電子系統中使用CCD的集成電路的任務變得更為困難。需要非標準電壓也增加了製造過程的複雜性。
這些增加了的CCD基的電子設備的複雜性使得特殊化的製造操作成為必需，它們一般被加到生產這些成像器的成本中。相反，用大規模技術製造的固態器件，諸如存儲器、邏輯晶片和模擬處理元件製造時不需要CCD基裝置所需的特殊化製造操作。很明顯，如果大規模製造技術可用於成像感應裝置，而不需要特殊化操作，可減少固態傳感器的成本。目前，這還沒有實現，CCD基的高成本技術仍保持主導地位。
我們需要的是一種光敏裝置，它可使用標準的大規模製造技術，且結合一種電路設計，這種電路設計對在相關工藝中碰到的產生噪聲的過程不敏感。這樣的裝置最好不用CCD元件，但有容易用低成本、在商業上可行的製造技術製造的易集成元件構成的電路結構。
本發明的一個目的是提供一種成像裝置，在該裝置中在信號輸出線上出現的噪聲電平被保持在最小。
本發明的另一個目的是提供一種成像裝置，它具有增加的圖像敏感動態範圍。
本發明的再一個目的是提供一種成像裝置，它以與圖像檢測的電荷集中模式不同的模式提供信號信息。
本發明的還有一個目的是提供一種成像陣列，它可在單個襯底上製造，從而把所需的加工工序減到最少。
本發明的最後一個目的是提供一種成像陣列，它由只需標準電壓就可操作的元件構成。發明內容依據本發明，由一圖像敏感裝置實現上述目的，其中圖像檢測電路與信號敏感電路電隔離。收集由接收光輻射的光敏元件產生的載流子，以在敏感裝置內產生一電場。此電場用於改變電阻性元件的電阻，該電阻性元件的一端通過第一電壓源保持在固定電壓上。此電壓源產生相應於光敏元件接收到的輻射量的電信號輸出。由於該結構，電荷集中電路不與信號敏感電路耦合。電壓源也用於把信號線保持在基本上恆定的電位上。利用電流電壓轉換器可進一步把電信號輸出轉換成電壓信號。此外，可利用第二電壓源把光敏元件置於耗盡狀態的復位特徵對像素初始化。
在另一個實施例中，多個圖像敏感裝置排成一陣列，包括像素的行和列，利用行和列選擇器把像素的輸出電信號依次發送到一個或多個轉換器。選擇器可順序排列，由觸發器構成，或者它們可以多路復用且與信號解碼器和傳輸門結合起來。輸出像素信號也可以在通過列選擇器前被轉換成電壓信號。本發明也以使用單個電源對一個以上電流到電壓轉換器提供電力的方法為其特色。
可使用CMOS來實現本發明裝置的設計特色。通過集成工藝，可實現在同一襯底上製造有源元件，無論這些元件是p-MOS還是n-MOS。這使得裝置製造所需的工序減到最少。
附圖概述這裡特別提出了被認為是本發明的特徵的新特色。從以下對實施例的描述並結合附圖可更好地理解本發明的結構和操作方法，同時也可理解本發明的其它目標和優點，其中
圖1是依據本發明的圖像敏感裝置的示意圖；圖2是包含在圖1圖像敏感裝置中像素實施例的示意圖；圖3是依據本發明圖像敏感陣列的方框圖，其中信號由電流電壓轉換器串行地輸出；圖4是選出的一個圖3圖像敏感陣列實施例的方框圖，其中信號由兩個電流電壓轉換器並行地輸出；圖5是選出的一個圖3圖像敏感陣列實施例的方框圖，其中信號在由列多路復用器輸出前被轉換成電壓信號；圖6是圖3方框圖中用在行掃描器一個實施例中的觸發器的示意圖；以及圖7是圖3方框圖中列多路復用器一個實施例的一對傳輸門的示意圖。
本發明較佳實施方式現在參考圖1，其中示出本發明一個實施例的示意圖。可能相應於一部分被感知圖像的光輻射12入射到圖像敏感裝置100。圖像敏感裝置100包括用於接收光輻射12的像素10，並可產生幅度正比於所獲光輻射12的量的電流信號28。利用轉換器30把電流信號28轉換成電壓信號50。利用偏壓源40提供像素10和轉換器30工作用的電力。圖像敏感裝置的操作由像素10接收到的光輻射12射到加上適當偏壓的光電二極體20或其它光敏裝置上，該裝置產生相應於入射輻射載流子對。由光電二極體20產生的載流子對的數目正比於所接收到的光輻射12的量。隨著載流子對的產生，一種極性的載流子流到像素接地端18，相反極性的載流子流到載流子積累元件。積累元件集中這些載流子並產生一電場，電場的大小正比於積累的載流子的總數。在示出的實施例中，用一n-MOSFET作為FET積累器22。當由光電二極體20產生載流子對時，帶正電的載流子(即「空穴」)流到像素接地端18，帶負電的載流子(即電子)集中在FET積累器22的柵極端22g。該動作在FET溝道中產生了一個電場。在另一結構中(未示出)，用p-MOSFET作為FET積累器，光電二極體20與示出的方向相反，顛倒光電二極體的偏置電壓的極性，載流子流動也相應地互換。
由FET積累器22產生的電場引起FET溝道電阻的變化。溝道電阻變化的程度依賴於入射到光電二極體20的光輻射12的量。溝道電阻的這一變化正比於由光電二極體20產生的載流子對的數目，該變化提供了一測量參數，通過該參數可定量地確定在一相當大範圍光照下由像素10接收到的輻射量。在固有實施例中，當電荷積累處於最大值時，在FET柵極端處不存在電荷時測量到的少於20K歐姆的FET溝道電阻可能增加到超過10M歐姆。
通過把參考電壓66(VREF)加到FET積累器22的源極端22s並測量獲得的電流信號28來測量FET溝道電阻。參考電壓66是從偏壓源40中獲得的。在示出的實施例中，當要確定電阻時，通過閉合FET選擇開關16把參考電壓66加到FET積累器源極端22s。通過沿選擇脈衝線把選擇脈衝26加到選擇開關柵極端16g來閉合選擇開關16。當選擇開關16閉合時，該動作接通偏壓源40和FET積累器22源極端22s之間的電路。參考電壓66位於轉換器30中運算放大器32的正輸入端34，它也在負輸入端36出現。隨著選擇開關16的閉合，參考電壓66被加到FET積累器的源極端22s。在一個實施例中，由5伏脈衝構成的選擇脈衝在大約一微秒內加到FET選擇開關的柵極端(未示出)。
通過把源極端22s置於參考電壓66的電位下而產生的電流信號28沿位於信號感應節點17和像素接地端18之間的信號感應線流動。在像素10工作期間，在位於光電荷集成節點21和FET積累器柵極22g之間的光電荷集成線上存在由內部電流波動產生的噪聲。利用跨越FET積累器22溝道的電容耦合，使在光電荷集成線上的噪聲呈現出信號感應線上的電壓波動。然而，在本發明的裝置中抑制了這些電壓波動，因為信號感應線保持在與加到FET積累器22源極端22s的參考電壓66的電位相應的、基本上恆定的電位上。
在另一的實施例中，如圖2所示像素10a包括光電二極體20、復位開關14和選擇開關16。積累電容器23用於收集載流子並產生一個電場。由積累電容器23產生的電場引起FET溝道22c電阻的變化。通過使用以上對像素10描述的相同方法，把參考電壓66加到FET源極端並測量獲得的電流信號來確定FET溝道22c的電阻。
如圖1所示，利用電源60對偏壓源40提供電力，該電源60既給偏壓源40提供浮動偏置電壓62(Vdd)，也對它提供浮動低電壓64(Vss)。偏壓源40利用適合的dc-dc轉換電路，把偏置電壓62和低電壓64轉換成參考電壓66。轉換器可由所示的偏壓FET 42和低壓FET44構成。在較佳實施例中，偏置電壓Vdd是大約+5.0伏，低壓Vss是大約0.0伏，參考電壓VREF是大約2.5伏。隨著把2.5伏的參考電壓加到n-MOS裝置的源極端，觀察到的電流信號可從低於1微安變化到超過100微安，這導致圖像敏感裝置100的相當大的動態範圍。
參考電壓66也是電壓源，通過它在復位開關14閉合時對光電二極體20進行初始化或置於耗盡狀態。此外，在偏置光電二極體20中應用參考電壓66起著通過把來自FET積累器22的載流子排放到像素接地端18，從而對像素10進行初始化的作用，因而也確定了位於柵極端22g處載流子的量。沿復位脈衝線加上復位脈衝24，以使在這裡作為FET開關的復位開關14閉合，並通過光電荷集成節點21接通轉換器30和像素接地端18之間的電路。復位脈衝24具有足夠大小的時間一電壓特性，足以保證排放存在FET積累器22中的載流子並使光電二極體20達到耗盡狀態。例如，典型的n-MOS積累器可存儲104到106個電子的電荷。這些電荷量可通過脈衝寬度在一微秒到十微秒的低壓復位脈衝排放到像素接地端18。
轉換器30包括運算放大器32和位於輸出端38和負輸入端36之間以形成閉合環路的電阻性反饋元件，諸如FET52。把偏置電壓62在偏置電壓端46加到功率運算放大器32，把低電壓64加到低壓端48。從運算放大器32的負輸入端36處出現的電流信號28在輸出端38處轉換成電壓信號50。於是，電壓信號50的值(正比於流到像素10的電流信號28的幅度)相應於像素10獲得的光輻射12的量。
如果需要，可使用外部閘門(未示出)，以通過確定光輻射12照射像素10的周期來建立圖像獲取間隔。當像素10已被復位脈衝24初始化後，外部閘門打開，以開始該獲取間隔。當已獲得所需的圖像信號時，閉合外部閘門。終止光產生的電荷向FET積累器22流動，並結束該獲取間隔。也可以如下方式建立用於像素的獲取間隔，而不需要外部斷路器。隨著加上復位脈衝24，像素被初始化並開始獲取間隔。隨後加上選擇脈衝26(它用於檢測由光電二極體20接收到的輻射)後，對轉換器30加上了電流信號28，並有效地終止獲取間隔。圖像敏感陣列的操作圖3示出一圖像敏感陣列120，包括(i)像素陣列80，用於接收入射的輻射，以及輸出一個代表相應像素位置感應到的幅射強度的電流信號，(ii)轉換器30，用於把像素陣列電流信號轉換成電壓信號，(iii)列多路復用器70，用於接收像素陣列80中所有列的輸出電流信號，並把指定列的電流傳輸到轉換器30，以及(iv)行掃描器90，用於按照一次一行的順序把選擇脈衝26加到像素陣列80中像素的行上。
為了演示的目的像素陣列80示為一個16×16的像素10的陣列，依據本發明的特徵也可使用其它陣列結構，諸如一個512×512的像素陣列。如上所述，當光輻射射到任意像素10時產生電流信號28。一般，此信號隨像素的不同而變化，且它正比於被特定像素接收到的由光輻射12所代表的那部分被感應圖像。本領域內的那些熟練技術人員可理解，如果要從像素成像陣列信號流中取回和重組所感應的圖像，則需要獨立地讀出每個像素的電信號。
圖像敏感陣列120提供了一種方法，通過它可獨立地訪問和讀出像素陣列80中每個像素的電信號。通過以下的方法可獲得由像素陣列80中像素10』產生的電流信號28』。行掃描器90用於在掃描器輸入線99和行掃描器90與像素陣列80之間的任意一個行輸出線27之間提供電通路。在提供的例子中，已標出行輸出線27』，因為它經過像素10』所在的行。然後通過掃描器輸入線99和行掃描器90把選擇脈衝26加到行輸出線27』。該動作閉合了標出的行中每個像素10(包括像素10』)的選擇開關，並接通了列多路復用器70和由掃描器90選中的行中每個像素FET積累器源極端之間的電通路。
列多路復用器70的作用是接通轉換器30和其中存在標出的像素，諸如像素10』的列之間的電通路。由列多路復用器70進行的該動作，與像素10』中選擇開關的閉合相耦合，引起如上述對圖1圖像敏感裝置100所描述的方式把參考電壓66加到像素10』的積累器源極端。當這樣把參考電壓66加到像素10』時，在列多路復用器70和轉換器30之間的多路復用器輸出線76上出現電流信號28』。在轉換器30接收到來自下一個像素的電流信號前，已經完成電流信號28』向電壓信號50的轉換。繼續這樣處理，直到訪問和讀出選中行中每個像素的電流信號。
接著，通過行掃描器90沿掃描器輸入線99傳輸連續選擇脈衝26並傳輸到另一個輸出端，如傳輸到行輸出線27」。訪問新選中行中的每個像素，並以像前面行一樣的方式讀出電流信號。以任意合適的順序訪問每個像素行，直到已讀出像素陣列80中所有的像素。例如，可在第二行92之前讀出第一行91。
在較佳實施例中，行掃描器90包括在像素陣列80中每一行的D型觸發器。依據使用傳輸門和倒相器的標準數字方法提供D型觸發器。例如，每個行觸發器可包括從另一行(例如，先前行)上的D型觸發器輸出端傳送過來的第一輸入線。第二輸入線可用作時鐘輸入端，而選擇脈衝26可用作時鐘脈衝。該結構提供了一種依次訪問像素陣列80每一行的方法，它工作時只需要單個掃描器輸入線99和選擇脈衝26。在圖6中提供行掃描器90的一個實施例。利用掃描器輸入線99把脈衝26提供到多個D型觸發器，諸如D型觸發器95、95』和95」的『時鐘端』。每個觸發器的『D』端連到相應於後續行的觸發器的輸出『Q』端。於是，當觸發器95」沿行輸出線27」傳送信號脈衝時，從而也設定了觸發器95』。當在掃描器輸入線99上輸入連續脈衝26時，觸發器95』將沿行輸出線27』依次傳送信號脈衝並按順序設定相應於下一行的觸發器。
使用已有技術中公知的方法，列多路復用器70可包括一系列傳輸門，其中的每個陣列的列的一對傳輸門被連接到列多路復用器上。傳輸門本身的工作可由列數位訊號解碼器78來控制。列信號解碼器78可接收解碼器輸入線97上的列選擇脈衝72，並在列選擇控制線74上發出列控制信號。此操作在圖7中更清楚地示出，其中列控制信號71被加到傳輸門n-MOSFET 75的柵極75g上，列控制補償信號73被加到傳輸門p-MOSFET 79的柵極79g上。輸入的電流信號28』被加到MOSFET 75和79公共連接端中的一個。當列控制信號71包含邏輯『1』時，n-MOSFET 75和p-MOSFET 79都切換到「導通」狀態，並把電流信號28』傳輸到多路復用器輸出線76上。當列控制信號71的狀態變到邏輯『0』時，n-MOSFET 75和p-MOSFET 79都切換到「斷開」狀態，不傳輸輸入的電流信號28』。如此可獨立地以任意次序訪問圖3中像素陣列80的每一列。
在典型的成像功能操作中，不論成像仍以圖像形式或按視頻記錄的方式完成，整個像素陣列80是同時被照亮的。當把復位脈衝加到像素陣列80中每個像素時，操作開始。在示出的實施例中，第一像素列82a中每個像素的復位脈衝線連到第一復位線84a。通過暫時閉合第一列復位開關86a(這使得第一像素列82a每個像素的復位開關閉合)來實現對第一像素列82a中像素的復位。此動作把參考電壓66加到第一像素列82a中每個像素的光電二極體的一端，並結合圖1如前面所述的對相應的像素進行初始化。當第二列復位開關86b閉合，以利用第二復位線84b把參考電壓66加到第二像素列82b中的每個像素時，第二像素列82b被復位。像素陣列80中餘下的像素列以相同的方式進行復位。也可以一組列而不是單個列地進行復位。在較佳實施例中，每個列復位開關與其它復位開關合在一起，以產生整體復位的能力，由此在加上整體復位脈衝124時對陣列所有的列進行復位。
如圖4所示的另一個實施例提供了一種並行處理能力。圖像敏感陣列220包括兩個轉換器230a和230b，它們分別用於轉換多路復用器輸出線276a上來自列多路復用器270a以及多路復用器輸出線276b上來自多路復用器270b的電流信號。由該結構，此信號輸出速率從圖1所示的只使用一個轉換器30的那種結構的信號輸出速率近似地翻了一倍。注意只需一個偏壓源240對轉換器230a和230b供電。
此實施例也包括行數位訊號解碼器298和用於行選擇的行多路復用器290，而不是如圖3中掃描器90所說的掃描器。此特徵允許依次或以所需的其它次序訪問像素行。對像素行和像素列都有多路復用器的結構在一些應用中是有用的，諸如圖像處理，這類圖像處理時需要訪問像素陣列80中選中的像素或像素組。圖像敏感陣列220也包括可輸入整體訪問脈衝的整體復位線284。
列多路復用器270a和270b也可由一個或多個掃描器來代替，可以類似於圖3的行掃描器90行訪問的方式由這些掃描器訪問像素陣列中的列。圖5示出這樣一個結構，它具有一系列轉換器330a到330b，每個轉換器作為圖像敏感陣列320中每列的輸出。雖然示出的轉換器330a到330b由兩個偏壓源340a和340b供電，但根據設計需要所使用的偏壓源數目可以更多。
在此實施例中，電流信號在通過輸出裝置，諸如定序器或多路復用器前被轉換成電壓信號。電流信號28沿列輸出線376流動，在轉換器輸出線377上被轉換成電壓信號50。電壓信號50可作為輸入到列掃描器370的許多電壓信號中的一個。列掃描器370執行的功能是每次選擇一個輸入電壓信號輸出，該輸出即是電壓信號50』。
復位線384，供接收復位脈衝324。復位脈衝324進入復位脈衝分配器386，它可以是一個定序器或多路復用器。復位脈衝分配器386利用一個或多個列輸入線382把輸入的復位脈衝324傳輸到一個或多個像素陣列的列。
本領域內的那些熟練技術人員可依據本發明觀點對所述的實施例作其它改變。因此，不應把所述實施例理解為限制的意思。
權利要求
1.一種圖像敏感裝置，把入射的光輻射轉換成相應於所接收到的輻射量的電信號輸出，其特徵在於所述裝置包括接收光輻射並產生正比於所接收到的輻射數量的載流子的光敏元件；收集所述光敏元件產生的載流子從而產生一電場的電荷積累裝置，如此產生的電場的大小正比於收集的載流子數量；對所述電荷積累裝置敏感的可變電阻裝置，其中所述可變電阻裝置的電阻與所述電荷積累裝置產生的電場的大小有關；信號感應線；以及參考電壓源，(i)用於通過所述信號感應線把電壓加到可變電阻裝置的一端，從而產生電流信號輸出，所述電流信號的幅度正比於所述可變電阻裝置的電阻，以及(ii)用於把所述信號感應線保持在基本上恆定的電位上。
2.如權利要求1所述的圖像敏感裝置，其特徵在於還包括接收所述參考電壓源產生的所述電流信號輸出並產生電壓信號輸出的電流電壓轉換裝置，所述電壓信號輸出的值相應於所述參考電壓源產生的所述電流信號輸出的幅度。
3.如權利要求1所述的圖像敏感裝置，其特徵在於還包括復位裝置，用於把所述光敏元件置於耗盡狀態，從而從所述電荷積累裝置中除去收集的電荷。
4.如權利要求1所述的圖像敏感裝置，其特徵在於所述光敏元件包括光電二極體。
5.如權利要求1所述的圖像敏感裝置，其特徵在於所述可變電阻裝置包括場效應電晶體的溝道。
6.如權利要求5所述的圖像敏感裝置，其特徵在於所述電荷積累裝置包括場效應電晶體。
7.如權利要求5所述的圖像敏感裝置，其特徵在於所述電荷積累裝置包括電解電容器。
8.如權利要求5所述的圖像敏感裝置，其特徵在於所述電荷積累裝置包括擴散電容。
9.如權利要求2所述的圖像敏感裝置，其特徵在於所述電流電壓轉換裝置包括運算放大器和電阻性反饋元件。
10.如權利要求3所述的圖像敏感裝置，其特徵在於所述復位裝置包括電復位開關，所述電復位開關位於所述光敏元件和所述參考電壓源之間，閉合所述的電復位開關接通了所述參考電壓源和所述光敏元件之間的電路。
11.一種接收來自圖像的光輻射並產生電信號輸出的圖像敏感陣列，其特徵在於所述圖像敏感陣列包括至少一個參考電壓源，接收光輻射的按行和列排列的多個像素，每個所述像素包括a)接收光輻射並產生正比於所接收到的輻射數量的載流子的光敏元件，b)收集所述光敏元件產生的載流子從而產生一電場的電荷積累裝置，如此產生的電場的大小正比於收集的載流子數量，c)對所述電荷積累裝置敏感的可變電阻裝置，其中所述可變電阻裝置的電阻與所述電荷積累裝置產生的電場的大小有關，d)信號感應線，以及e)位於所述參考電壓源和所述電荷積累裝置之間的像素選擇開關，所述像素選擇開關閉合時接通了電路，從而(i)把電壓加到所述可變電阻裝置和所述信號感應線的一端，(ii)把所述信號感應線保持在基本上恆定的電位上，以及(iii)產生幅度正比於所述可變電阻裝置的電阻電信號；閉合所述像素中至少一個選中行的像素選擇開關的行選擇裝置；以及接收所述像素產生的電信號，並輸出所述像素至少一個選中列中產生的電信號的列選擇裝置。
12.如權利要求11所述的圖像敏感陣列，其特徵在於還包括至少一個電流電壓轉換裝置，該裝置在相應的所述像素選擇開關閉合時接收至少一個所述像素中產生的電信號，並產生其值相應於電信號幅度的電壓信號。
13.如權利要求11所述的圖像敏感陣列，其特徵在於還包括把所述光敏元件置於耗盡狀態的復位裝置。
14.如權利要求11所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述光敏元件包括光電二極體。
15.如權利要求11所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述可變電阻裝置包括場效應電晶體的溝道。
16.如權利要求15所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述電荷積累裝置包括場效應電晶體。
17.如權利要求15所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述電荷積累裝置包括電解電容器。
18.如權利要求15所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述電荷積累裝置包括擴散電容。
19.如權利要求12所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述電流電壓轉換裝置包括運算放大器和電阻性反饋元件。
20.如權利要求13所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述復位裝置包括至少一個電復位開關，所述電復位開關位於所述光敏元件和所述參考電壓源之間，閉合所述電復位開關接通了所述參考電壓源和所述光敏元件之間的電路。
21.如權利要求11所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述行選擇裝置包括所述圖像敏感陣列中所述像素每一行上的觸發器。
22.如權利要求11所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述列選擇裝置包括所述圖像敏感陣列中所述像素每一列上的一對傳輸門。
23.一種接收來自圖像的光輻射並產生電信號輸出的圖像敏感陣列，其特徵在於包括至少一個參考電壓源，接收光輻射的、按行和列排列的多個像素，每個所述像素包括a)接收光輻射並產生正比於所接收到的輻射數量的載流子的光電二極體，b)收集所述光電二極體產生的載流子從而產生一電場的電荷積累裝置，如此產生的電場的大小正比於收集的載流子數量，c)對所述電荷積累裝置敏感的可變電阻裝置，其中所述可變電阻裝置的電阻與所述電荷積累裝置產生的電場的大小有關，d)信號感應線，以及e)位於所述參考電壓源和所述電荷積累裝置之間的像素選擇開關，所述像素選擇開關的閉合接通了電路，使(i)通過所述信號感應線把電壓加到所述可變電阻裝置的一端，(ii)把所述信號感應線保持在基本上恆定的電位上，以及(iii)產生幅度正比於所述可變電阻裝置的電阻的電信號；閉合所述像素中至少一個選中行的像素選擇開關的行選擇裝置；以及接收所述像素產生的電信號，並輸出所述像素至少一個選中列中產生的電信號的列選擇裝置；至少一個電流電壓轉換裝置，該裝置在相應的所述像素選擇開關閉合時接收至少一個所述像素中產生的電信號，並產生其值相應於電信號幅度的電壓信號；以及把所述光電二極體置於耗盡狀態的復位裝置。
24.如權利要求23所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述可變電阻裝置包括場效應電晶體的溝道。
25.如權利要求24所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述電荷積累裝置包括場效應電晶體。
26.如權利要求24所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述電荷積累裝置包括電解電容器。
27.如權利要求24所述的圖像敏感陣列，其特徵在於所述電荷積累裝置包括擴散電容。
28.一種用於把光輻射轉換成相應於所接收到的輻射量的電信號的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟產生正比於所接收的光輻射量的載流子；收集產生的載流子；產生一電場，該電場大小正比於收集的載流子數量；提供正比於產生的電場大小的電阻；以及產生電信號，該電信號的大小正比於所述電阻的值。
29.如權利要求28所述的方法，其特徵在於在產生電信號的所述步驟前還包含在所述電阻的一端維持基本恆定的電位的步驟。
30.如權利要求29所述的方法，其特徵在於還包括把所述電信號轉換成電壓信號的步驟，該電壓信號的電平正比於所述電信號的幅度。
31.如權利要求28所述的方法，其特徵在於還包括在所述的產生電信號的步驟後清除收集的載流子的步驟。
全文摘要
揭示了一種包括一個或多個像素的圖像敏感裝置，每個像素具有電荷積累區，該積累區用於收集光敏元件諸如光電二極體產生的電荷。通過在電阻性元件(諸如FET溝道)上加一電壓，可從一像素獲得一輸出信號，電阻性元件上的電阻值正比於收集的電荷產生的電場的大小。
文檔編號H04N3/15GK1148454SQ95193104
公開日1997年4月23日 申請日期1995年5月18日 優先權日1994年5月19日
發明者謝祖強, R·D·麥格拉斯 申請人:寶麗來公司