用于改善行码区的非线性的图像传感器及包括其的装置的制造方法
【专利说明】用于改善行码区的非线性的图像传感器及包括其的装置
[0001]本申请要求于2014年12月5日提交的第10-2014-0173996号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开的通过引用全部合并于此。
技术领域
[0002]与本发明构思的示例性实施例一致的设备和方法涉及一种图像传感器，更具体地说，涉及一种用于改善单斜率模数(AD)转换器中行码区的非线性的图像传感器、操作所述图像传感器的方法以及包括所述图像传感器的装置。
【背景技术】
[0003]互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是使用CMOS工艺制造的固态图像成像装置。CMOS图像传感器比包括高压模拟电路的电荷耦合器件(CCD)图像传感器具有更低的制造成本和更小的尺寸，因此，具有低功耗的优点。此外，随着CMOS图像传感器的性能已经被改善，针对包括便携装置(诸如，智能手机和数码相机)的各种电子设备，该固态图像传感器装置已经比CXD图像传感器得到了更大普及。
[0004]在CMOS图像传感器中包括的像素阵列可在每个像素中包括光电转换元件。光电转换元件生成随着入射光量变化的电信号。CMOS图像传感器处理电信号以产生图像数据。CMOS图像传感器一般使用针对AD转换的单斜率AD转换方法。在单斜率AD转换方法中，随时间沿一个方向单调变化的斜坡信号被与具有预定电压电平的像素信号进行对比，在斜坡信号的电压水平等于像素信号的电压电平时的时间(或时间点)，斜坡信号被转换为数字信号。
[0005]CMOS图像传感器包括将从像素输出的模拟像素信号转换为数字信号的AD转换器。非线性可发生在AD转换器中。非线性对AD转换有不利影响。
【发明内容】
[0006]根据本发明构思的一个示例性实施例，提供一种图像传感器，所述图像传感器可包括:像素，被配置为生成复位信号和图像信号；比较器，被配置为将复位信号和参考信号进行，并生成第一比较信号；计数器，被配置为基于时钟信号和第一比较信号来生成与复位信号相应的第一计数值；以及参考信号生成器，被配置为生成在复位信号期期间在与计数器的最大复位计数值相应的第一电平和与计数器的最小复位计数值相应的第二电平之间变化的参考信号。所述图像传感器还可包括:输出电路，被配置为输出与最大复位计数值和第一计数值之间的差相应的复位计数值。
[0007]参考信号生成器可在复位信号期期间响应于控制信号，生成从第一电平斜升到第二电平的第一参考信号或者从第二电平斜降到第一电平的第二参考信号作为参考信号。
[0008]参考信号生成器可包括:第一参考信号生成器，被配置为在复位信号期期间生成从第一电平斜升到第二电平的第一参考信号；第二参考信号生成器，被配置为在复位信号期期间生成从第二电平斜降到第一电平的第二参考信号；以及选择电路，被配置为响应于选择信号，输出第一参考信号或者第二参考信号作为参考信号。
[0009]参考信号生成器还可控制参考信号在图像信号期期间在与计数器的最大图像信号计数值相应的第三电平和与计数器的最小图像信号计数值相应的第四电平之间变化。
[0010]可选地，所述图像传感器还可包括:输出电路，被配置为计算最大复位计数值与第一计数值之间的第一差，以及最大图像信号计数值与第二计数值之间的第二差，并输出与第二差和第一差之间的差相应的最终计数值。此时，比较器可将图像信号与第二参考信号进行比较，并生成第二比较信号，并且计数器可基于时钟信号和第二比较信号来生成与图像信号相应的第二计数值。
[0011]根据本发明构思的另一示例性实施例，提供一种移动计算装置，所述移动计算装置可包括:以上的图像传感器以及应用处理器，其中，应用处理器被连接到图像传感器，并被配置为使用安装在其上的应用程序，在从第一电平到第二电平的斜升方向和从第二电平到第一电平的斜降方向之中，选择由参考信号生成器生成的参考信号的方向。
[0012]移动计算装置还可包括:图像信号处理器，被配置为基于从图像传感器输出的与图像信号相应的图像数据来生成亮度信息，并且基于亮度信息来设置从参考信号生成器生成的参考信号的方向。
[0013]应用处理器可被配置为:提供允许用户选择分别与斜升方向和斜降方向相应的移动计算装置的至少两个模式中的一个的用户接口。
[0014]在上文中，所述至少两个模式中的与斜升方向相应的一个模式可包括高速模式，所述至少两个模式中的与斜降方向相应的另一个模式可包括低功耗模式。
[0015]根据本发明构思的另一示例性实施例，提供一种操作图像传感器的方法。所述方法可包括:生成在图像传感器的复位信号期期间在与计数器的最大复位计数值相应的第一电平和与计数器的最小复位计数值相应的第二电平之间变化的参考信号；将从像素输出的复位信号与参考信号进行比较以生成比较的结果的第一比较信号作为；基于时钟信号和第一比较信号来生成与复位信号相应的第一计数值。
[0016]所述方法还可包括:控制参考信号在图像信号期期间在与计数器的最大图像信号计数值相应的第三电平和与计数器的最小图像信号计数值相应的第四电平之间变化；对从像素输出的图像信号和在第三电平与第四电平之间变化的参考信号进行比较，并生成第二比较信号；基于时钟信号和第二比较信号来生成与图像信号相应的第二计数值。
[0017]所述方法还可包括:计算最大复位计数值与第一计数值之间的第一差，计算最大图像信号计数值与第二计数值之间的第二差，输出与第二差和第一差之间的差相应的最终计数值。
【附图说明】
[0018]通过参照附图详细地描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的以上以及其他特征和优点将变得更加清楚，其中:
[0019]图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图；
[0020]图2是根据本发明构思的示例性实施例的图1中所示的像素的电路图；
[0021]图3是图1中所示的斜坡信号生成器的示例的电路图；
[0022]图4是图1中所示的斜坡信号生成器的另一示例的电路图；
[0023]图5A和图5B是根据本发明构思的示例性实施例的用于解释在使用从像素的光电转换元件输出的电子的图像传感器中基于斜坡信号执行的AD转换的示意图；
[0024]图6A和图6B是根据本发明构思的示例性实施例的用于解释在使用从像素的光电转换元件输出的空穴的图像传感器中基于斜坡信号执行的AD转换的示意图；
[0025]图7是根据本发明构思的示例性实施例的操作图1中所示的图像传感器的方法的流程图；
[0026]图8是根据本发明构思的示例性实施例的图3中所示的斜坡信号生成器的操作的流程图；
[0027]图9是根据本发明构思的示例性实施例的对图1中所示的包括图4中所示的斜坡信号生成器的图像传感器进行操作的方法的流程图；
[0028]图10是根据本发明构思的示例性实施例的包括图1中所示的图像传感器的计算装置的框图；
[0029]图11是根据本发明构思的另一示例性实施例的包括图1中所示的图像传感器的计算装置的框图。
【具体实施方式】
[0030]现在，将参照示出本发明构思的示例性实施例的附图，在下文更充分地描述本发明构思。然而，本发明构思可被实施为许多不同的形式，并且不应被解释为受限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，从而本公开将是彻底和完整的，并且将本发明构思的范围完整地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚可夸大层和区域的大小和相对大小。贯穿本公开，相同的参考标号表示相同的元件。
[0031]将理解，当元件被称为被“连接”或“耦合”到另一元件时，该元件能被直接地连接或耦合到其他元件，或者可存在中间元件。相反，当元件被称为被“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。如这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项的任何或全部组合，并且可被缩写为“/”。
[0032]将理解，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，在不脱离本公开的教导的情况下，第一信号可被称作第二信号，相似地，第二信号可被称作第一信号。
[0033]这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意在限制本发明构思。除非上下文另有清楚的指示，否则这里使用的单数形式也意图包括复数形式。还将理解，当在本说明中使用术语“包括”和/或“包含”时，其表示存在叙述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0034]除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明构思所属领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，除非这里明确定义，否则术语(诸如在常用词典中定义的)应被解释为具有与所述术语在相关领域的上下文和/或现有应用中的含义一致的含义，而将不被理想化或过于形式地理解。
[0035]这里，“从低码确定”表示使用从与计数器的最小复位计数值相应的电平变化(或倾斜)的参考信号(例如，斜坡信号)，来对从像素输出的复位信号执行模数(AD)转换，或者使用从与计数器的最小图像信号计数值相应的电平变化(或倾斜)的参考信号(例如，斜坡信号)，来对从像素输出的图像信号执行AD转换。将参照图5A和图6A详细地描述从低码确定。
[0036]这里，“从高码确定”表示使用从与计数器的最大复位计数值相应的电平倾斜的斜坡信号，来对从像素输出的复位信号执行AD转换，或者使用从与计数器的最大图像信号计数值相应的电平倾斜的斜坡信号，来对从像素输出的图像信号执行AD转换。将参照图5B和图6B详细地描述从高码确定。
[0037]从低码确定可表示从低码的AD转换。从高码确定可表示从高码的AD转换。根据本发明构思的一些实施例，图像传感器可主要地执行从高码确定。在其他实施例中，图像传感器可基于选择信号，选择性地执行从低码确定或者从高码确定。
[0038]图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器100的框图。参照图1，图像传感器100可包括像素阵列110、行控制器120、放大器电路130、斜坡信号生成器135、比较器电路140、时钟信号生成器145、计数器电路150、时序控制器160、列控制器170以及输出电路180。AD转换器电路可包括比较器电路140和计数器电路150。
[0039]图像传感器100还可包括存储关于从低码确定或从高码确定的信息的寄存器REG0寄存器REG可被实现为特殊功能寄存器(SFR)，但是本发明构思不受限于该示例。根据光接收表面是在基板的前面还是在基板的背面，图像传感器100可以是前照式(FSI)图像传感器或背照式(BSI)图像传感器。
[0040]像素阵列110可以是有源像素传感器(APS)阵列。像素阵列110可包括多个像素
111。像素111可包括红色像素、绿色像素以及蓝色像素，但是本发明构思不受限于当前的实施例。像素111可包括青色像素、黄色像素、品红色像素或白色像素。
[0041]红色像素可响应于可见光谱的红色范围内的波长来生成与红色信号相应的像素信号(或电荷)。绿色像素可响应于可见光谱的绿色范围内的波长来生成与绿色信号相应的像素信号(或电荷)。蓝色像素可响应于可见光谱的蓝色范围内的波长来生成与蓝色信号相应的像素信号(或电荷)。
[0042]像素111中的一些像素可被控制为具有相对较长的曝光时间，而像素111中的剩余像素可被控制为具有相对较短的曝光时间。像素1