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TWI442765B - 像素對像素電荷複製電路裝置、系統及方法 - Google Patents

像素對像素電荷複製電路裝置、系統及方法 Download PDF

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TWI442765B
TWI442765B TW097124408A TW97124408A TWI442765B TW I442765 B TWI442765 B TW I442765B TW 097124408 A TW097124408 A TW 097124408A TW 97124408 A TW97124408 A TW 97124408A TW I442765 B TWI442765 B TW I442765B
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Roger Panicacci
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Micron Technology Inc
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Description

像素對像素電荷複製電路裝置、系統及方法
本揭露係關於一種成像裝置，包括像素對像素電荷複製裝置、系統及方法，用於補償一成像裝置於曝光期間的影像位移。
有許多不同類型以半導體作為基礎的成像器，包括電荷耦合元件(CCDs)、光電二極體陣列、電荷注入裝置以及混合聚焦平面陣列(Hybrid focal plane arrays)。因為CCD技術提供了具有小像素尺寸(高解析度)的大陣列尺寸，因此，它們適合於空間寶貴的成像應用，然而，在某些應用中，CCD成像器容易受到輻射損害的影響，會需要良好的光遮罩來避免影像髒污，顯現出較高的電力消耗，以及很難與CMOS程序相整合。相較之下，互補式金氧半導體(CMOS)成像器在提供相對而言較低之製造成本以及與既存CMOS控制邏輯與成像程序之相容性的同時，可呈現的是較低的操作電壓以及較低的電力消耗。再者，CMOS成像器亦可以在影像擷取期間不使用像素對像素傳輸操作的情形下，提供對該影像資料的隨意存取。
一CMOS成像裝置包括一像素單元(pixel cell)陣列，而每一個像素單元則都可包括覆蓋在一基板上的一光感測器，例如：光電管、光電導體、或光電二極體。該感光器是被用來累積電荷，以作為一整合期間內的已接收光線的一函數。每一個像素單元更可包括一讀取電路，其具有形 成在具有一感測節點的該基板上的一輸出場效電晶體(FET)，該感測節點像是一浮動擴散節點以連接至一輸出電晶體之閘極。再者，該成像器可以包括用以將電荷自該基板的該下方部分傳輸至該感測節點的一額外電晶體，以及用以在電荷傳輸前將該感測節點重設為一特殊電荷位準的一電晶體。
源自於影像擷取期間(例如：曝光期間)之移動主體的影像污跡可以藉由利用CMOS成像器追蹤該已成像主體、或是以較高的速度讀取該CMOS影像感測器而獲得解決。於較高的速度讀取影像感測器通常會被解釋為利用較高速的程序，並伴隨著將數位化影像之多重訊框儲存於外部記憶體中之能力的等量增加。因此，有需要一種裝置、系統及方法，以增加影像資料可以在影像感測器內受其處理的速度。
根據本發明之一實施例揭露：一種方法，包括：在包含於複數個像素中之一第一組像素的一整合時間開始之後，決定關聯於該第一組像素的一擷取影像位移距離；將一訊號電壓自該第一組像素移動至包含於該複數個像素中的一第二組像素；選擇包含於該複數個像素中的一第三組像素，其中該選擇包括與該擷取影像位移距離成比例地決定該第一組像素以及該第三組像素之間的一距離；以及在該整合時間結束前，將該訊號電壓自該第二組像素移動至該第三組像素。
根據本發明之一實施例揭露：一種方法，包括：在關聯於複數個像素的一整合時間開始後，將一參考電壓自一能量來源傳送至包含於該複數個像素中的一第二組像素；將該第二組像素分配至包含於該複數個像素中的一第一組像素；將該參考電壓自該第二組像素傳送至該第一組像素；將一訊號電壓自該第一組像素移動至該第二組像素；以及將該訊號電壓自該第二組像素傳送至包含在該複數個像素中的一第三組像素。
根據本發明之一實施例揭露：一種方法，包括：在關聯於擷取一影像的一整合時間開始後，施加一參考電壓至一像素陣列中包括至少二像素的一第二列像素；將該參考電壓自該第二列傳送至該像素陣列中的一第一列像素，該第二列像素具有如該第一列像素之至少相等的像素數量；將一訊號電壓自該第一列像素複製至該第二列像素；將該參考電壓結合該訊號電壓自該第二列像素傳送至具有如該第一列像素之至少相等的像素數量的一第三列像素；將該參考電壓施加至該第二列像素；將該參考電壓自該第二列像素複製至該第三列像素；以及計算在該第三組像素上與該訊號電壓結合的該參考電壓和自該第二組像素至該第三組像素所複製的該參考電壓之間的差異，以決定出一最終訊號電壓。
根據本發明之一實施例揭露：一種裝置，包括：一成像裝置，經組織為一像素陣列，其中所述像素中的一些包括：一光感測器；一注入閘極，以在關聯於擷取一影像的 一整合時間期間，將一參考電壓注入該光感測器之中；一偏壓閘極，耦接至該注入閘極，以將該參考電壓施加至該注入閘極；以及一傳送閘極，耦接至該光感測器，以在該陣列中的像素間傳送電荷。
根據本發明之一實施例揭露：一種系統，包括：一鏡頭；以及一成像裝置，包括耦接至一處理器的一控制器，該成像裝置擷取由該鏡頭所捕捉的一影像，並將結果影像資訊傳遞至該處理器，該成像裝置包括：複數個像素，經組織為行與列的一陣列，在該複數個像素中的每一個像素皆包括一光感測器以及至少一閘極，以在關聯於擷取該影像的一整合時間期間儲存來自該光感測器的一電荷，其中該控制器係藉由複製該電荷，而將該電荷自該複數個像素中的一第一組像素傳送至該複數個像素中的一第二組像素，以及自該複數個像素中的該第二組像素傳送至該複數個像素中的一第三組像素。
根據本發明之一實施例揭露：一種操作一記憶系統的方法，包括：利用一成像裝置而在一整合時間期間自一鏡頭擷取一影像；將電荷自一第一組像素傳送至一第二組像素，以回應自一處理器接收的一擷取影像位移距離訊號，其中該第一組像素以及該第二組像素的每一個係在該成像裝置中經組織為列，且在該陣列中的每一個像素包括一光感測器以及至少一閘極，以在關聯於擷取該影像的一整合時間期間儲存來自該光感測器的電荷；選擇包含在該成像裝置中的一第三組像素，其中該選擇包括與該擷取影像位 移距離訊號成比例地決定該第一組像素以及該第三組像素間的一距離；以及在該整合時間結束之前，在該電荷儲存在該至少一閘極之後，將該電荷自該第二組像素移動至該第三組像素。
一些揭示的實施例提供了一種複製像素對像素電荷的方法，以在一成像裝置的曝光期間，補償在一成像陣列內的影像主體位移。該用語"像素"，正如在文中所使用的，係涉及一光元件單位晶胞(photo－element unit cell)，其包含一光轉換裝置或光感測器，以及用於處理該光轉換裝置所感測之電磁輻射的一電訊號的電晶體。在一實施例之中，配置為行和列的一影像感測器陣列可以自像素或來源像素的一起始列複製電荷至暫存像素或緩衝像素的一列。儲存在所述緩衝像素中的電荷隨後會被複製至像素或目的像素的一末端列。像素對像素的電荷複製係使得在該影像陣列的類比域(analog domian)內可以重新註冊影像資料，致使有助於降低因曝光期間影像主體之移動所產生的影像污跡。
有一些應用會在讀取來自該陣列的資訊前，先行利用一像素陣列範圍內的感測能力。例子包括動作感測(例如：在一照相機視野內的主體移動或是照相機抖動)、自動曝光以及自動白平衡。這種在曝光(或整合)時間完成前偵測影像動作的能力，除了可以決定光照情形外，還可以減少或消除影像污跡。一種降低污跡的方法是透過使用利用內 建電路以將主體於曝光期間固定於該影像器的CMOS影像感測器。此外，電荷傳輸可以發生在單晶粒上的二或多個陣列之間，例如：在單晶粒上的多個彩色陣列。在如此的實例中，每一列感測器可以依序地進行複製，以避免重複寫入目標感測器資料。
在一CMOS成像裝置中，一像素單元中有某些主動元件可以提供下列的功能：(1)用以轉換電荷的光子；(2)累積影像電荷；(3)利用電荷放大而將電荷傳送至感測節點；(4)在電荷傳送至該節點之前，先將該感測節點重新設定至一已知狀態；(5)選擇像素讀出；以及(6)輸出及放大一代表像素電荷的訊號，其中，當該光子電荷自起始電荷累積區域傳送至該感測節點時，可以進行放大。
第1圖係為根據本發明各式實施例的一種CMOS成像器電路。所顯示的像素型態通常稱之為四電晶體(4T)CMOS成像器電路100。像素100包括光感測器102(例如：光電二極體)、傳遞電晶體104、浮動擴散區域FD、重設電晶體106、來源追蹤器108以及列選擇電晶體110。當該傳送電晶體104受到一傳送閘極控制訊號(TX)的活化，該光感測器102是藉由傳送電晶體104而連接至該感測節點或浮動擴散區域(FD)。該重設傳輸電晶體106是連接在該浮動擴散區域FD以及一陣列像素施加電壓Vaa_pix 之間，且是受到重設閘極控制訊號(RST，Reset gate control signal)的活化。
該來源追蹤器電晶體108的閘極係連接至該浮動擴散區域FD，該來源追蹤電晶體108的源極則是連接至陣列像素 施加電壓Vaa_pix ，同時其汲極會連接至列選擇電晶體110的源極。
該來源追蹤器108係將儲存在該浮動擴散區域FD的電荷轉換成為一電輸出電壓訊號Vout 。該列選擇電晶體110係受到一列選擇訊號SEL的控制，以將該來源追蹤器電晶體108以及Vout 連接至一像素陣列的一行線112。該列選擇訊號SEL係被用以辨識哪些像素將在一既定的時間被活化。在此方法中，僅有受到處於整合期間之一影像位移影響的像素會經歷一電荷傳送，以節省時間以及系統中沒有必要的雜訊傳輸。
雖然第1圖中所顯示的成像器說明的一單獨的像素，但應該要瞭解的是，在許多的實施例之中，將會有具有許多以行和列排列像素的陣列，且利用行與列選擇電路來存取陣列的像素。根據一些實施例，亦可以具有位在該光感測器102以及該傳送電晶體104之間之一儲存閘極電晶體，以在一電荷複製操作之前為該感測器102提供儲存，進而使得該光感測器102可以更快速地執行新影像擷取。
第2圖係為根據本發明各式實施例之一種具有一注入能力的CMOS影像器電路。該像素200包括一光感測器202(例如：光電二極體)、傳遞電晶體204、浮動擴散區域FD、重設電晶體206、來源追蹤器208以及列選擇電晶體210。該光感測器202是藉由該注入電晶體212而被連接至該浮動擴散區域FD，而該注入電晶體212則是可用以經由電容器214而使一或多個緩衝像素的該浮動擴散區域FD感測節點上的 電壓相同於目前的像素浮動擴散區域FD。該注入電晶體212的閘極是受到一分散式放大器的控制，經建構為以使等化二或多個緩衝像素的所述浮動擴散區域FD感測節點，如偏壓電晶體216所決定的一樣，利用(Set_Bias)控制訊號。一類似的結果亦可以在沒有該額外電容器214的情形下達成，但亦可更容易受到雜訊的影響，正如之後詳細敘述中所敘述的一樣。
根據一實施例，第2圖的該像素配置可以將電荷自一陣列中之像素的一起始列複製至位在相同像素陣列中之像素的一緩衝列或是緩衝像素。而儲存在所述緩衝像素中的電荷則是接著被傳送至像素的一目的列。根據各式的實施例，該儲存的電荷可以代表所獲取的資料，例如：一訊號電壓或是一參考電壓，以提供一零訊號參考。根據各種的實施例，在電荷傳送期間，該儲存電荷可以包括一聯合的訊號電壓以及參考電壓。
利用像素200所建構的一陣列可以包括一分散式放大器，其係由所述目的像素中的來源追蹤器以及額外電路所伴隨的緩衝像素所構成，以支持放大器電流來源以及負載。一種將電荷自像素的緩衝列複製至像素之目的列的方法包括自利用該額外注入電晶體之像素的浮動擴散區域FD中檢去電荷，正如一分散式放大器所控制的一樣。再者，當偵測小量電荷時，應該要考慮到雜訊的降低，且其可以變得更具疑問。因此，一種考慮到雜訊之選擇一資料傳送速度的方法是在於維持該像素複製操作的雜訊能夠低於訊 號鏈讀出雜訊的雜訊(例如：取樣/保持(sample/hold)、增益、ADC)。
第3圖係為根據本發明的各式實施例之一種具有一組緩衝像素302之像素的陣列300以說明在整合期間結束前，該陣列300中之一影像的移動。在此例子中，該陣列300係被組織為行和列的像素(例如：分別類似於或相等於第1圖以及第2圖中的像素100以及200)。主動像素308的上部包括了可讓一影像在該影像擷取之整合期間獲得影像的區域。緩衝像素302的下部則是包括了當一影像於該整合期間結束前改變了在該陣列300中的位置時，可用於暫時像素資料位移操作的專屬像素。
在某些例子中，第一位置影像314在整合期間位移至第二位置影像316。在此簡化的圖式中，第一位置像素列312包含了在影像位移前代表第一位置影像314之下部部分的資料。當感測到影像位移時，其亦稱之為動作感測，在第一位置像素列312中的資料可被傳送至緩衝像素302，並接續地在第二位置像素列310中重新定位。此程序可以為該陣列300中受到影像位移影響的每一個像素重複執行。此程序可以在該整合期間結束前重複多次。
根據本發明的一實施例，可以利用在此所敘述之該電荷複製操作之系統的一例子包括：具有一像素陣列以及一動作感測能力(例如：陀螺儀、加速器或其他外部的動作感測器)的一數位相機。二者擇一地，動作感測的提供可以是利用如申請人同時申請之美國專利申請案第11/331,121 號(案名：提供成像器中電子穩定之像素儲存閘極電荷感測的方法及裝置，申請日：2006年1月13日)中所敘述的特殊感測器動作偵測電路，而其全部則是併入本文做為參考，其包括用於成像器的一鏡頭感測技術。
第4圖係為根據本發明的各式實施例之一種利用一CMOS成像器以及一分散式放大器的電荷複製電路400的概要示意圖，以說明自一來源像素至一緩衝像素的資料傳輸。當已經感測到一影像位移時，無論是內部地或是外部地，所述緩衝像素的參考可以對應至所述來源像素的參考，以降低必須要的偏壓，或是其他不正確來源，分散式放大器420可以在該起始光感測器422以及一緩衝光感測器402之間建立一參考電荷位準或參考電壓。另外，亦可以藉由在對該注入電晶體412的閘極施加電壓Vbias 416的同時，利用活化該重設電晶體406而將浮動擴散區域FD電壓自緩衝節點FDY傳送至起始節點FD1的方式而完成。在某些例子中，電壓Vbias 416係大略為0.5 VDC，且係耦接至由該分散式放大器420輸出(設定為該重設參考位準)所驅動的電容器414。在該重設模式期間，在該起始光感測器422上的電荷可以藉由一缺陷傳送電晶體404而與該浮動擴散區域FD節點隔離。另外，同樣顯示的是，一選擇性的儲存閘極電晶體403可以被使用作為被包含在起始光感測器422中之電荷的一暫時儲存，而在使用該儲存閘極電晶體403的事件中，起始光感測器422在其電荷已傳送至儲存閘極電晶體403後，就會變得可再用於儲存電荷，這些操作可以導引 所述來源及目的(例如：緩衝)區域中的每一個像素。在某些例子中，一開關可以將該緩衝光感測器402連接至接地，以在複製操作之前，將該緩衝光感測器402充滿電子。
在參考電荷對應在該陣列的所述來源像素以及所述緩衝像素之間後。接著，該來源像素資料會自至少一來源像素而被傳送至至少一緩衝像素。一種完成此方式的方法是失能重設電晶體、致能傳送電晶體404以及失能電壓Vbias 416，以允許來源資料在該陣列中的傳遞。當此發生時，注入電晶體412之閘極的電位會上升，使足以藉由將電荷自一開始填滿了電子的該光感測器402傳送至節點FDY而追蹤傳送至起始節點FD1的電荷。除了可能高於或相等於其閘極臨界值之該注入電晶體412電壓之外，電容器414可以去耦分散式放大器420輸出的該DC(直流電)位準。另外，因為分散式放大器的輸出是反相的，因此一些電荷可以傳送至緩衝節點FDY。當傳送完成時，在任何剩餘之電荷消散的同時，傳送電晶體404可被失能。然後，電壓Vbias 416可以被致能以避免浮動節點接收更多的電荷。
完成來源像素資料傳送至至少一緩衝像素後，在資料傳送前，該目的像素的參考、或最終像素位置就可以進行設定。第5圖係為根據本發明的各式實施例之一種利用一CMOS成像器以及一分散式放大器的電荷複製電路的概要示意圖，以說明自一緩衝像素至一目的像素的參考對應。分散式放大器520可以在緩衝節點FDY以及目的節點FD2之 間建立一參考電荷位準，而在可以藉由在對該注入電晶體512的閘極施加電壓Vbias 516的同時，利用活化該重設電晶體506而將浮動擴散區域FD電壓自緩衝節點FDY傳送至起始節點FD2的方式而加以完成。這是與用以在該起始感測器422以及一緩衝光感測器402之間建立一參考電荷位準的程序相同，即如在第4圖中所說明者。
二者擇一地，在該緩衝像素中的儲存電荷可以包括該訊號電壓以及該參考電壓二者，以在重新建立該緩衝像素上的一參考電壓之前被複製至該目的像素。而在完成後，仍然留在該緩衝像素上的儲存電荷就可以僅由該參考電壓所組成。在目的節點FD2上的電位可以大略相等於小於該緩衝光感測器的訊號位準的該重設電壓位準。電容器514維持相關於放大器520的浮動，一旦該參考被建立於該目的相位之上，該緩衝像素資料就可以緊接著自至少一緩衝像素而傳送至至少一目的像素。
第6圖係為根據本發明的各式實施例之一種利用一CMOS成像器以及一分散式放大器的電荷複製電路的概要示意圖，以說明在參考對應發生後，自一緩衝像素至一目的像素的資料傳輸。一種將資料自一緩衝像素傳送至一目的像素的方法是將節點FDY設定回到已知的參考位準。而當此情形發生時，注入電晶體612之閘極的電位則是會上升至足以追蹤傳送自分散式放大器620上之目的節點FD2的電荷。由注入電晶體613以及注入電荷電晶體612之結合所構成的電荷井615可以被用以吸引電子，進而幫助自緩衝節 點FDY至目的節點FD2的電荷傳送，而此則是會使Vbias 617失能，並允許來源資料在該陣列中傳遞。當此發生時，注入電晶體612的閘極會上升至足以追蹤到達分散式放大器620上之目的節點FD2的傳送。注入電晶體613可以具有一閘極電壓範圍－0.3 VDC至大約＋2.8 VDC。電容器614可以等同於第4圖的電容器414，並且可以被用以去耦DC位準。注入電晶體613的閘極可以被設定為接近其臨界值，以增加對於該已傳送電荷的敏感度。至於所產生的儲存電荷則是包含了已結合之訊號電壓以及參考電壓、複製自該緩衝像素以及該已重新建立之參考電壓間的差異。緩衝節點FDY的該電荷電位可以高於目的節點FD2，並且可以拉升目的節點FD2。
像素電荷複製程序可以是以行或列作為基礎而發生，並且，為了能夠在3至4毫秒(ms)內處理一千列的像素，此程序乃是發生在3至4微秒(μs)的範圍內，在一曝光時間大約200至500 ms的例子中，於該曝光期間可以發生4至10次的該電荷複製操作。藉由將感興趣的電荷訊號維持在該目的像素的範圍內最長的時間(整合期間)所達成的降低電荷複製操作時間，將有助於影像去污跡。舉例而言，在沒有主體位移的一影像整合期間，該電荷訊號的起始及結束皆在目的像素，且影像污跡就不會成為問題。二者擇一地，當主體在一影像整合期間連續地位移時，則該電荷訊號可以移動數次，且電荷傳送應該快速地發生，以藉由目的像素到達的時間而降低影像污跡。
包括上述的儲存閘極操作而在成像裝置中自像素至像素傳送電荷的方法可以利用廣泛地應用在電子裝置上，例如：以半導體為基礎的成像器、光電二極體陣列以及電荷注入裝置。再者，一些電子裝置的實施也可以利用上述的裝置及方法，例如：具有處理器、記憶體以及一電源的數位相機。
第7圖係為根據本發明的一實施例之一種在一影像裝置像素陣列內複製像素電荷的方法的流程圖。在方塊700之中，一處理器會接收在一像素陣列的至少一像素內的一影像位移指示，例如：由一內部或外部位移或動作感測裝置所提供者。在一實施例之中，該像素陣列會形成一CMOS成像裝置的至少一部份。因此，影像位移的一指示同樣可以發生在該成像裝置之中。在方塊705之中，重設模式被啟動，然後，一參考電壓施加至一或多個第一像素，例如：在影像位移之前，一或多個具有一儲存電荷的像素。由一已知的參考電壓開始係使得相關於影像捕捉的任何額外電荷可以在接下來的步驟中獲得區分。為了維持低雜訊位準，該分散式放大器，例如：第4圖中的分散式放大器420，可以被設計為高帶寬且耦接一低帶寬重設開關。在方塊710之中，重設模式持續被致能，然後，在該參考電壓自一或多個第一像素被傳送至一或多個緩衝像素的同時，一偏壓Vbias 可被施加至一或多個第二像素(例如：緩衝像素)的一注入電晶體閘極，以隔離在所述一、或多個第二像素上的該儲存電荷。一電容器可以被用以自Vbias 去 耦該分散式放大器。在一實施例之中，該電容器可選擇為具有落在毫微微法拉範圍的數值(例如：大約10－15 法拉)，該增加的電容器是選擇性的，且可提供一改善的訊號雜訊比。再者，在完成該參考電壓傳送後，該重設模式會被關閉，以在儲存電荷傳送開始之前可以設置剩餘的雜訊。若是使用儲存閘極電晶體時，例如：第4圖中所顯示的儲存閘極403，則此亦可以是自該起始光感測器至該儲存閘極的時間，以釋放該起始光感測器做為其他用途。
在方塊715之中，在致能該傳送電晶體的同時，重設模式會被關閉以及Vbias 會被失能，接著，電荷會自該起始光感測器傳送至起始節點FD1，同時間，電荷會自該緩衝光感測器傳送至緩衝節點FDY，若是使用一儲存閘極電晶體時，則其則是會在這個時間被失能，然後，在起始節點FD1上的電壓會降低該分散式放大器的反相輸入，並且，該放大器輸出接著會開始增加，驅動該注入電晶體閘極變高，直到緩衝節點FDY對應到起始節點FD1為止，以及該分散式放大器輸出接著會開始變低。
在720，該分散式放大器的輸出下降到低於該注入電晶體閘極之跳閘臨界值，該注入電晶體接著被失能，以完成電荷傳送。接著，任何剩餘的電荷都可以消耗，以及該傳送電晶體接著被失能。在725，該注入電晶體會藉著施加Vbias 驅動而再次低於其閘極臨界值，藉此避免任何會造成一不穩定狀況的浮動節點。在730，所述緩衝光感測器的該參考電壓結合所述訊號電壓會被複製至所述目的光感測 器。在735，該參考電壓會被施加至所述緩衝光感測器，並接著被複製至所述目的光感測器。在此，最終結果訊號電壓是藉由結合該訊號電壓的該參考電壓以及該參考電壓間的差異所決定。在740，電荷傳送完成且若另一個位移發生且對影像擷取而言的該整合時間尚未完成時，則方塊700至735的程序就可以被重複。
第8圖係為根據本發明之各式實施例的一種系統800的方塊圖。該系統800可以包括一或多個裝置，例如：具有一、或多個類似於或相等於第1圖之成像器像素100之像素的成像平面826。在一些實施例之中，該系統800可以包括一處理器816，耦接至一顯示器818，以顯示該處理器816所處理的資料。另外，該系統800亦可以包括一無線收發器820(例如：一蜂巢式電話收發器)，以接收及傳遞該處理器816所處理的資料。
包括在該裝置800之中的所述記憶體系統可以包括耦接至該處理器816的動態隨機存取記憶體(DRAM)836和非揮發性快閃記憶體840。在各式實施例之中，該系統800可以包括一照相機822，包括一鏡頭824和一耦接至該處理器816的成像平面826。該成像平面826可用以接收該鏡頭824所捕捉的光線828，而該鏡頭824所捕捉的影像則是儲存在該DRAM 836以及該快閃記憶體840之中，該鏡頭824可以包括一廣角鏡頭，以將大範圍的視野收集入相對而言較小的一成像平面826。
在許多實施例之中，該照相機822可以包括一成像平面 826，具有分別類似於或相同於第4圖、第5圖、第6圖之所述電荷複製電路400，500，600的電荷複製電路。系統800可以有許多的變化。舉例而言，在各式實施例之中，該系統800可以包括一影音媒體播放器830，具有一組耦接至該處理器816的媒體錄放控制832。在各式實施例之中，該系統800可以包括一耦接至該處理器816的數據機834。
雖然文中以說明及敘述了特殊的實施例，但此領域具通常知識之人將可瞭解，任何用以達成相同目的配置皆可取代所顯示的特殊實施例。此應用係意欲於涵蓋本案的改寫及變化。應該瞭解的是，先前的敘述乃在於說明，而非限制。另外，對此領域具通常知識之人而言，在檢閱上述之後，前述實施例的結合以及其他實施例都將變得顯而易見。本案的範疇應是藉由所附申請專利範圍以及等同於其的所有範圍而加以決定。
前述所敘述的實例提供足夠的細節以讓此領域具通常知識之人能夠實行具發明性的主題，且用以說明具發明性的主題如何應用於各式實施例。在此份揭示文件中的"一"、"一個"、或"各式"實施例不需要相同的實施例，如此的參考可以是多於一個的實施例，其他的實施例也可以使用。並且，在結構上、邏輯上以及電性上的改變將可在不脫離本案的範疇下進行。此外，文中用語"資料"以及"資訊"可以互換，在此所使用的用語"儲存電荷"代表落在一電容或二極體裝置，例如：一光感測器上的一電壓電位。用語"訊號電壓"以及"參考電壓"係分別表示代表所取得之資料 以及一零參考的電壓。
本案主題於文中所揭示之個別或聯合的實施例係可以藉由"本發明"而作為代表，而這僅是為的方便，並非為了將此應用的範圍限制為任何單一的發明、或發明概念，尤其是揭示有多於一個事實時，因此，雖然特殊的實施例已經於文中進行舉例說明及敘述，但任何可以達成相同目的的配置都可取代所顯示的所述特殊實施例，此份揭示文係在於涵蓋各式實施例的任何及所有改寫及變化。
本揭露文件的摘要提供係符合37 C.F.R.§1.72(b)，摘要將使得讀者能夠快速地確定技術文件的本質。但須瞭解的是，其並非並以解釋、或限制申請專利範圍的範圍、或意義，此外，在前述的詳細敘述中，可發現，為了有效率的敘述，各式的特徵係於單一個實施例中組合在一起，所揭示的方法並非揭示為需要多於記載於每一個申請專利範圍中的特徵，而是，具發明性的主題可在少於單一個揭示實施例的所有特徵的情形下被發現。因此，接下來的申請專利範圍係併入詳細敘述之中，且每一個申請專利範圍係皆可作為一分開的實施例。
100‧‧‧影像像素
102‧‧‧光感測器
104‧‧‧傳遞電晶體
106‧‧‧重設電晶體
108‧‧‧來源追蹤器
110‧‧‧列選擇電晶體
112‧‧‧行線
200‧‧‧像素
202‧‧‧光感測器
204‧‧‧傳遞電晶體
206‧‧‧重設電晶體
208‧‧‧來源追蹤器
210‧‧‧列選擇電晶體
212‧‧‧注入電晶體
214‧‧‧電容器
216‧‧‧偏壓電晶體
300‧‧‧像素的陣列
302‧‧‧緩衝像素
308‧‧‧像素
310‧‧‧第二位置像素列
312‧‧‧第一位置像素列
314‧‧‧第一位置影像
316‧‧‧第二位置影像
400‧‧‧電荷複製電路
402‧‧‧緩衝光感測器
403‧‧‧儲存閘極電晶體
404‧‧‧傳送電晶體
406‧‧‧重設電晶體
412‧‧‧注入電晶體
414‧‧‧電容器
416‧‧‧Vbias
420‧‧‧分散式放大器
422‧‧‧光感測器
500‧‧‧電荷複製電路
502‧‧‧光感測器
506‧‧‧重設電晶體
512‧‧‧注入電晶體
514‧‧‧電容器
516‧‧‧Vbias
520‧‧‧分散式放大器
600‧‧‧電荷複製電路
602‧‧‧緩衝光感測器
603‧‧‧儲存閘極電晶體
604‧‧‧傳送電晶體
605‧‧‧重設電晶體
612‧‧‧注入電晶體
613‧‧‧注入電晶體
614‧‧‧電容器
615‧‧‧電荷井
617‧‧‧Vbias
620‧‧‧分散式放大器
622‧‧‧光感測器
700,705,710‧‧‧流程圖
715,720,725‧‧‧流程圖
730,735,740‧‧‧流程圖
800‧‧‧系統
816‧‧‧處理器
818‧‧‧顯示器
820‧‧‧無線收發器
822‧‧‧照相機
824‧‧‧鏡頭
826‧‧‧成像平面
828‧‧‧光線
830‧‧‧影音媒體播放器
832‧‧‧媒體錄放控制
834‧‧‧數據機
836‧‧‧DRAM
840‧‧‧快閃記憶體
第1圖：其係根據本發明之各式實施例的一種CMOS成像器電路；第2圖：其係根據本發明之各式實施例之一種包括一注入能力的CMOS成像器電路；第3圖：其係根據本發明的各式實施例之一種具有一組 緩衝像素的像素陣列，以說明在整合期間結束前的一影像的移動；第4圖：其係根據本發明的各式實施例之一種利用一CMOS成像器以及一分散式放大器的電荷複製電路的概要示意圖，以說明自一來源像素(source pixel)至一緩衝像素的資料傳輸；第5圖：其係根據本發明的各式實施例之一種利用一CMOS成像器以及一分散式放大器的電荷複製電路的概要示意圖，以說明自一緩衝像素至一目的像素之參考對應；第6圖：其係根據本發明的各式實施例之一種利用一CMOS成像器以及一分散式放大器的電荷複製電路的概要示意圖，以說明在參考匹配發生後之自一緩衝像素至一目的像素的資料傳輸；第7圖：其係根據本發明的一實施例之一種在一影像裝置像素陣列內複製像素電荷之方法的流程圖；以及第8圖：其係根據本發明之各式實施例的一種系統的方塊圖。
700,705,710‧‧‧流程圖
715,720,725‧‧‧流程圖
730,735,740‧‧‧流程圖

Claims (34)

  1. 一種複製像素對像素電荷之方法，包括：在包含於複數個像素中之一第一組像素的一整合時間開始之後，決定關聯於該第一組像素的一擷取影像位移距離；將一訊號電壓自該第一組像素移動至包含於該複數個像素中的一第二組像素；選擇包含於該複數個像素中的一第三組像素，其中該選擇包括與該擷取影像位移距離成比例地決定該第一組像素以及該第三組像素之間的一距離；以及在該整合時間結束前，將該訊號電壓自該第二組像素移動至該第三組像素。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括：其中在該整合時間結束前，自該第二組像素至該第三組像素的移動係多於一次發生。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，包括：在該決定之後，將該第二組像素分配至該第一組像素。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該分配包括：將一參考電壓自一能量來源傳送至該第二組像素。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，該傳送後接著是將該參考電壓自該第二組像素複製至該第一組像素。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該選擇包括：將一參考電壓自該第二組像素傳送至該第三組像素。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中將該訊號電壓自該第一組像素移動至該第二組像素包括：消耗在該第一組像素內餘留於一閘極上的一剩餘電荷。
  8. 一種複製像素對像素電荷之方法，包括：在關聯於複數個像素的一整合時間開始後，將一參考電壓自一能量來源傳送至包含於該複數個像素中的一第二組像素；將該第二組像素分配至包含於該複數個像素中的一第一組像素；將該參考電壓自該第二組像素傳送至該第一組像素；將一訊號電壓自該第一組像素移動至該第二組像素；以及將該訊號電壓自該第二組像素傳送至包含在該複數個像素中的一第三組像素。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中將該參考電壓自該第二組像素傳送至該第一組像素係發生在該整合時間結束之前。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中將該訊號電壓自該第二組像素傳送至該第三組像素在該整合時間結束之前係多於一次發生。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，包括：在該移動之後，消耗在該第一組像素範圍內遺留於一閘極上的一剩餘電荷。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，包括：在該移動之後，施加一偏壓至該第二組像素內的一閘極。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之方法，包括：將該訊號電壓自該第二組像素移動至該第三組像素，其中該移動係發生在該整合時間結束之前。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該將該參考電壓自該第二組像素傳送至該第三組像素包括：在該傳送之前，將該第二組像素分配至包含在該複數個像素中的該第三組像素；將與該訊號電壓結合的該參考電壓自該第二組像素複製至該第三組像素；將該參考電壓自該能量來源傳送至該第二組像素；將該參考電壓自該第二組像素複製至該第三組像素；以及由該第三組像素上與該訊號電壓結合的該參考電壓和自該第二組像素至該第三組像素所複製的該參考電壓之間的差異計算一最終訊號電壓。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該將該第二組像素分配至一第三組像素包括：決定關聯於該第二組像素之一擷取影像位移距離。
  16. 一種複製像素對像素電荷之方法，包括：在關聯於擷取一影像的一整合時間開始後，施加一參考電壓至一像素陣列中包括至少二像素的一第二列像 素；將該參考電壓自該第二列傳送至該像素陣列中的一第一列像素，該第二列像素具有如該第一列像素之至少相等的像素數量；將一訊號電壓自該第一列像素複製至該第二列像素；將該參考電壓結合該訊號電壓自該第二列像素傳送至具有如該第一列像素之至少相等的像素數量的一第三列像素；將該參考電壓施加至該第二列像素；將該參考電壓自該第二列像素複製至該第三列像素；以及計算在該第三組像素上與該訊號電壓結合的該參考電壓和自該第二組像素至該第三組像素所複製的該參考電壓之間的差異，以決定出一最終訊號電壓。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，包括：在該複製一訊號電壓後，消耗剩餘的雜訊。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該第三列像素的位置係與發生在該整合時間結束前、該第一列像素的一擷取影像位移距離成比例。
  19. 一種用於複製像素對像素電荷之裝置，包括：一成像裝置，經組織為一像素陣列，其中所述像素中的一些包括：一光感測器；一注入閘極，以在關聯於擷取一影像的一整合時間 期間，將一參考電壓注入該光感測器之中；一偏壓閘極，耦接至該注入閘極，以將該參考電壓施加至該注入閘極；以及一傳送閘極，耦接至該光感測器，以在該陣列中的像素間傳送電荷。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，包括：一電容器，耦接至該注入閘極，以消耗雜訊以及設定一直流操作數值。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，包括：一能量來源，耦接至該偏壓閘極，該能量來源係供給一時序致能訊號，以設定該偏壓閘極。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，包括：一重設閘極，耦接至一來源追蹤器閘極的一汲極，以平衡該陣列中之至少二像素間的一或多個該參考電壓以及一訊號電壓。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，包括：一列選擇閘極，以將該輸出電壓耦接至該像素陣列內的一行線。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，其中該像素陣列包括所述像素的行以及所述像素的列。
  25. 一種用於複製像素對像素電荷之系統，包括：一鏡頭；以及一成像裝置，包括耦接至一處理器的一控制器，該成像裝置擷取由該鏡頭所捕捉的一影像，並將結果影像資 訊傳遞至該處理器，該成像裝置包括：複數個像素，經組織為行與列的一陣列，在該複數個像素中的每一個像素皆包括一光感測器以及至少一閘極，以在關聯於擷取該影像的一整合時間期間儲存來自該光感測器的一電荷，其中該控制器係藉由複製該電荷，而將該電荷自該複數個像素中的一第一組像素傳送至該複數個像素中的一第二組像素，以及自該複數個像素中的該第二組像素傳送至該複數個像素中的一第三組像素。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之系統，其中該至少一閘極係包括在一儲存閘極電晶體之中。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之系統，包括：一雜訊抑制電路，耦接至該至少一閘極，以抑制剩餘雜訊。
  28. 如申請專利範圍第25項所述之系統，包括：一蜂巢式電話收發器，以傳輸該影像資訊的一部份。
  29. 如申請專利範圍第25項所述之系統，包括：一多媒體播放器以及一鍵盤控制模組，以耦接至該處理器。
  30. 如申請專利範圍第25項所述之系統，包括：一顯示裝置，耦接至該處理器並顯示該影像資訊的一部份。
  31. 如申請專利範圍第25項所述之系統，包括：一快閃記憶體，耦接至該處理器並儲存該影像資訊的 一部份。
  32. 一種操作一記憶系統的方法，包括：利用一成像裝置而在一整合時間期間自一鏡頭擷取一影像；將電荷自一第一組像素傳送至一第二組像素，以回應自一處理器接收的一擷取影像位移距離訊號，其中該第一組像素以及該第二組像素的每一個係在該成像裝置中經組織為列，且在該陣列中的每一個像素包括一光感測器以及至少一閘極，以在關聯於擷取該影像的一整合時間期間儲存來自該光感測器的電荷；選擇包含在該成像裝置中的一第三組像素，其中該選擇包括與該擷取影像位移距離訊號成比例地決定該第一組像素以及該第三組像素間的一距離；以及在該整合時間結束之前，在該電荷儲存在該至少一閘極之後，將該電荷自該第二組像素移動至該第三組像素。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其中該在該電荷儲存在該至少一閘極之後以將該電荷自該第二組像素移動至該第三組像素，在該整合時間結束前係發生多於一次發生。
  34. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其中將電荷自該第一組像素傳送至該第二組像素，包括：在該關聯於擷取該影像的整合時間開始之後，施加一參考電壓至該第一組像素。
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