对图像感测光电二极管与相位检测光电二极管进行模拟合并读出的图像传感器的制作方法

1.本发明大体来说涉及图像传感器，且确切来说但不仅仅涉及包含相位检测自动对焦像素的图像传感器。


背景技术：

2.其图像传感器已无处不在且广泛用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。随着图像传感器集成到各种各样的电子装置中，期望通过装置架构师设计以及图像获取处理两者来在尽可能多的方面(例如分辨率、功耗、动态范围等)增强其功能性、性能量度等。
3.典型图像传感器响应于从外部场景入射在图像传感器上的图像光而操作。图像传感器包含像素阵列，所述像素具有吸收入射图像光的一部分并在吸收图像光之后产生图像电荷的感光性元件(例如，光电二极管)。可测量像素中的每一者的图像电荷来作为来自每一感光性元件的输出信号，图像电荷随入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷量与用于生成表示外部场景的数字图像(即，图像数据)的图像光的强度成比例。


技术实现要素：

4.本发明的实施例提供一种成像装置，所述成像装置包括：第一像素电路，其包含：第一多个光电二极管，其中所述第一多个光电二极管包含至少一个相位检测自动对焦(pdaf)光电二极管，其中所述第一多个光电二极管中的其余光电二极管全部都是图像感测光电二极管；及第一缓冲晶体管，其具有第一阈值电压，其中所述第一缓冲晶体管耦合到所述第一多个光电二极管以响应于电荷而产生第一输出信号，所述电荷由所述第一多个光电二极管响应于入射光而光生；第二像素电路，其包含：第二多个光电二极管，其中所述第二多个光电二极管全部都是图像感测光电二极管；及第二缓冲晶体管，其具有第二阈值电压，其中所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压，其中所述第二缓冲晶体管耦合到所述第二多个光电二极管以响应于电荷而产生第二输出信号，所述电荷由所述第二多个光电二极管响应于所述入射光而光生；及驱动器，其经耦合以接收所述第一输出信号及所述第二输出信号以响应于所述第一输出信号与所述第二输出信号的组合而产生总输出信号，其中响应于所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压，在所述总输出信号中所述第一输出信号的影响胜过所述第二输出信号的影响。
5.本发明的另一实施例提供一种成像系统，所述成像系统包括：像素阵列，其经耦合以响应于入射光而产生图像数据，所述像素阵列包含：第一像素电路，其包含：第一多个光电二极管，其中所述第一多个光电二极管包含至少一个相位检测自动对焦(pdaf)光电二极管，其中所述第一多个光电二极管中的其余光电二极管全部都是图像感测光电二极管；及第一缓冲晶体管，其具有第一阈值电压，其中所述第一缓冲晶体管耦合到所述第一多个光电二极管以响应于电荷而产生第一输出信号，所述电荷由所述第一多个光电二极管响应于
所述入射光而光生；第二像素电路，其包含：第二多个光电二极管，其中所述第二多个光电二极管全部都是图像感测光电二极管；及第二缓冲晶体管，其具有第二阈值电压，其中所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压，其中所述第二缓冲晶体管耦合到所述第二多个光电二极管以响应于电荷而产生第二输出信号，所述电荷由所述第二多个光电二极管响应于所述入射光而光生；及控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出所述第一输出信号及所述第二输出信号，其中所述读出电路系统包含驱动器，所述驱动器经耦合以接收所述第一输出信号及所述第二输出信号以响应于所述第一输出信号与所述第二输出信号的组合而产生总输出信号，其中响应于所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压，在所述总输出信号中所述第一输出信号的影响胜过所述第二输出信号的影响，其中所述图像数据是响应于所述总输出信号而产生的。
附图说明
6.参考下图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似元件符号指代相似部件。
7.图1a图解说明根据本发明的教示的包含图像传感器的成像系统的一个实例，所述图像传感器对图像感测光电二极管与相位检测光电二极管进行模拟合并读出。
8.图1b图解说明根据本发明的教示的具有包含图像传感器的成像系统中所包含的光电二极管的群组的像素电路的一个实例，所述图像传感器对图像感测光电二极管与相位检测光电二极管进行模拟合并读出。
9.图2图解说明根据本发明的教示的具有光电二极管阵列的彩色像素阵列的一个实例，所述光电二极管阵列包含散置在图像感测光电二极管当中的相位检测自动对焦光电二极管。
10.图3展示根据本发明的教示的具有像素电路群组的彩色像素阵列的示意图的一个实例，所述像素电路群组包含散置在图像感测像素电路当中的相位检测自动对焦像素电路，图像传感器中的读出电路系统对图像感测像素电路进行模拟合并及读出。
11.图4展示根据本发明的教示的图解说明相位检测自动对焦读出、正常图像感测读出及经模拟合并像素电路的总组合读出之间的相对关系的时序图的实例。
12.贯穿图式的数个视图，对应的参考字符指示对应的组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明，且未必按比例绘制。举例来说，各图中的元件中的一些元件的尺寸可相对於其它元件而被放大以帮助提高对本发明的各种实施例的理解。另外，通常不描绘在商业上可行实施例中有用或必需的常见但众所周知的元件，以便于更清晰地审视本发明的各种实施例。
具体实施方式
13.本文中描述涉及对成像系统中的相位检测自动对焦像素电路及图像感测像素电路中所包含的经模拟合并光电二极管进行读出的各种实例。在以下说明中，陈述众多具体细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述具体特定细节中的一或多者的情况下实践或者可通过其它方法、组件、材
料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些发明模糊。
14.本说明书通篇中提及的“一个实例”或“一个实施例”意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实例中。因此，本说明书通篇各处中出现的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必全部皆指代同一实例。此外，在一或多个实例中可以任何适合方式组合特定的特征、结构或特性。
15.为易于说明起见，本文中可使用空间相对性术语(例如，“在
…
之下”、“在
…
下方”、“下部的”、“在
…
下”、“在
…
上方”、“上部的”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“中心”、“中间”等)来描述一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系，如图中所图解说明。应理解，除图中所描绘的定向之外，所述空间相对性术语还旨在囊括装置在使用或操作中的不同定向。举例来说，如果将图中的装置旋转或翻转，那么被描述为位于其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向成位于所述其它元件或特征“上方”。因此，示范性术语“在
…
下方”及“在
…
下”可囊括在上方及在下方两种定向。装置可具有其它定向(旋转90度或处于其它定向)且对本文中所使用的空间相对性描述符加以相应的解释。另外，还应理解，当层被称为位于两个层“之间”时，所述层可以是所述两个层之间的唯一层，或也可存在一或多个中介性层。
16.在本说明书通篇，使用数个术语。这些术语将呈现其在所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地表明。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换使用(例如，si与硅)；然而，两者具有相同的含义。
17.如将论述，揭示对来自彩色像素阵列的经模拟合并的相位检测自动对焦像素电路与图像感测像素电路进行读出的各种实例。举例来说，在一个实例中，成像装置在彩色像素阵列中包含散置在图像感测像素电路当中的相位检测自动对焦像素电路。在实例中，像素电路中的每一者包含多个光电二极管，例如四个光电二极管。注意，出于阐释目的，本文中描述的实例描述每一像素电路中包含四个光电二极管的实施例。当然应了解，在其它实例中，每一像素电路中可包含更小数目或更大数目的光电二极管。假定每像素电路具有四个光电二极管的实例，将从每一像素电路中的四个光电二极管中的每一者产生的电荷信息组合或合并在一起而成为一个输出信号。在各种实例中，多个像素电路的群组的输出也被组合在一起或模拟合并及读出。在各种实例中，多个像素电路的群组包含相位检测自动对焦像素及正常图像感测像素电路。在各种实例中，根据本发明的教示，为从经模拟合并像素电路输出读出相位检测自动对焦信息，通过在相位检测自动对焦像素电路中利用具有低阈值电压的缓冲放大器或源极跟随器晶体管及/或利用浮动扩散部升压信号将相位检测自动对焦像素电路的输出的影响设定为胜过正常图像感测像素电路的输出的组合影响。
18.为图解说明，图1a图解说明根据本发明的实施例的包含彩色像素阵列102的成像系统100的一个实例，从彩色像素阵列102读出包含相位检测自动对焦像素电路及正常图像感测像素电路的经模拟合并像素电路。如下文将更详细地论述，根据本发明的教示，可在相位检测自动对焦像素电路中利用具有低阈值电压及/或浮动扩散部升压信号的缓冲放大器来从经合并的相位检测自动对焦像素电路与图像感测像素电路读出相位检测信息。如所展示，成像系统100包含像素阵列102、控制电路系统110、读出电路系统106及功能逻辑108。在一个实例中，像素阵列102是包含多个光电二极管(例如，p1、p2、
…
pn)的二维(2d)阵列。在
一个实例中，散置在光电二极管阵列当中的光电二极管中的一些光电二极管被配置为相位检测自动对焦(pdaf)光电二极管，所述pdaf光电二极管散置在像素阵列102中的普通图像感测光电二极管当中。如所描绘的实例中所图解说明，包含散置在图像感测光电二极管当中的pdaf光电二极管的像素电路104被布置成行(例如，r1到ry)及列(例如，c1到cx)以获取人、地方、物体等的图像数据，接着可使用所述图像数据呈现人、地方、物体等的2d图像。在实例中，散置在像素阵列102的像素电路104中的pdaf光电二极管提供相位检测信息，图像数据可用于成像系统100的自动对焦操作。
19.在一个实例中，根据本发明的教示，在像素阵列102中的每一图像传感器光电二极管已通过响应于入射光而光生出电荷来获取其图像电荷或相位检测电荷之后，通过读出电路系统106经由位线112读出对应图像电荷数据及/或相位检测电荷数据且接着传送到功能逻辑106。读出电路系统106可经耦合以从像素阵列102中的像素电路104读出数据。在各种实例中，读出电路系统106可包含放大电路系统、模/数(adc)转换电路系统或其它。在一个实例中，读出电路系统106可经由位线112从像素104读出图像数据或相位检测数据，如图1a中所图解说明。功能逻辑108可存储图像数据或甚至通过应用图像后效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。在各种实例中，成像系统100可利用由pdaf像素电路提供的相位检测自动对焦信息来提供自动对焦操作。
20.图1b图解说明根据本发明的教示的图像传感器中所包含的像素电路104的示意图的一个实例，从所述图像传感器，可从经模拟合并的相位检测自动对焦像素电路与图像感测像素电路读出相位检测自动对焦信息。应了解，图1b的像素电路104可以是图1a中所展示的图像传感器100的像素电路104的一个实例，且上文所描述的具有类似名称及编号的元件被耦合且下文具有类似的功能。
21.在图1b中所描绘的实例中，像素电路104是像素阵列102中所包含的多个像素电路104中的一者。像素电路104包含多个光电二极管的群组，所述多个光电二极管在所描绘的实例中是四个相邻光电二极管114
‑
1、114
‑
2、114
‑
3及114
‑
4。每一光电二极管114
‑
1、114
‑
2、114
‑
3及114
‑
4经耦合以响应于入射光128而光生电荷。如将论述，像素电路104中的光电二极管114中的一些或所有可被配置为图像感测光电二极管，通过彩色滤光器阵列的彩色透镜将入射光引导到所述图像感测光电二极管上。在一些例子中，光电二极管114中的一些或至少一者可被配置为相位检测自动对焦光电二极管，可经由相位检测自动对焦透镜将入射光引导到所述相位检测自动对焦光电二极管上。
22.在像素电路104中的所有光电二极管114均被配置为图像感测光电二极管的实例中，像素电路104可被视为图像感测像素电路104。在像素电路104中的光电二极管114中的一些或至少一者被配置为图像感测光电二极管的实例中，像素电路104可被视为相位检测自动对焦像素电路104。注意，本文中所描述的实例出于阐释目的而描述其中相位检测自动对焦像素电路104包含被配置为相位检测自动对焦光电二极管的两个光电二极管及被配置为图像感测光电二极管的两个光电二极管的实施例。当然应了解，在其它实例中，图像感测光电二极管当中可包含更小数目或更大数目的相位检测自动对焦光电二极管。
23.图1b中所描绘的实例也图解说明转移晶体管的群组耦合在浮动扩散部118与光电二极管群组之间。在实例中，转移晶体管群组包含转移晶体管116
‑
1、116
‑
2、116
‑
3及116
‑
4，转移晶体管116
‑
1、116
‑
2、116
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3及116
‑
4经耦合以分别响应于转移晶体管控制信号tx1、
tx2、tx3及tx4而受控制。如此，浮动扩散部118经耦合以经由转移晶体管116
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1、116
‑
2、116
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3及116
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4从四个光电二极管114
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1、114
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2、114
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3及114
‑
4接收光生电荷。因此，从四个光电二极管114
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1、114
‑
2、114
‑
3及114
‑
4接收的光生电荷在浮动扩散部118中被组合在一起或模拟合并。
24.图1b中所展示的实例展示复位晶体管120及缓冲晶体管124耦合到电压供应器及浮动扩散部118。在操作中，复位晶体管经耦合以响应于复位信号rst而将浮动扩散部118复位。在实例中，缓冲晶体管124具有栅极端子，所述栅极端子耦合到浮动扩散部118以响应于已经由相应的转移晶体管116从光电二极管114转移到浮动扩散部118的光生电荷而产生输出信号130。在一个实例中，缓冲晶体管124是经耦合以提供输出信号130的缓冲放大器或源极跟随器耦合式mosfet晶体管，输出信号130包含所展示的漏极电流i
d
。在所描绘的实例中，选择晶体管126耦合在缓冲晶体管124与位线112之间。在操作中，像素电路104响应于选择信号sel而经由选择晶体管126将输出信号130输出到位线112。下文将更详细地论述，在各种实施例中，位线112经耦合以同时从多个像素电路104接收多个输出信号130。如此，根据本发明的教示，当对相应的像素电路104进行读出时，将由位线112接收的每一输出信号130与其它输出信号130组合或模拟合并。
25.图2图解说明根据本发明的教示的包含安置在像素电路上方的彩色滤光器阵列的彩色像素阵列202的实例，所述像素电路包含所展示的像素电路204a、204b、204c、204d、204e、204f、204g及204h。应了解，图2的彩色像素阵列202可以是图1a中所论述的像素阵列102的实例且像素电路204a、204b、204c、204d、204e、204f、204g及204h可以是图1b中所论述的像素电路104的实例，且上文所描述的具有类似名称及编号的元件被耦合且在下文具有类似的功能。
26.在图2中所描绘的实例中，像素电路204a、204b、204c、204d、204e、204f、204g及204h被组织成四个像素电路的群组。第一像素电路群组包含像素电路204a、204b、204c及204d。第二像素电路群组包含像素电路204e、204f、204g及204h。在各种实例中，同时读出每一像素电路群组中的所有像素电路。在每一像素电路204内是四个相邻光电二极管的相应群组，所述四个相邻光电二极管环绕四个相应的转移晶体管216a、216b、216c、216d、216e、216f、216g及216h，所述相应的转移晶体管环绕相应的浮动扩散部218a、218b、218c、218d、218e、218f、218g及218h。因此，如所描绘的实例中所展示，每一相应的像素电路204a、204b、204c、204d、204e、204f、204g及204h中所包含的四个相应的光电二极管之间经由相应的转移晶体管216a、216b、216c、216d、216e、216f、216g及216h共用每一个别浮动扩散部218a、218b、218c、218d、218e、218f、218g及218h。
27.在实例中，具有拜耳彩色滤光器阵列图案的彩色滤光器阵列安置在彩色像素阵列202的像素电路204上方。在所描绘的实例中，彩色滤光器阵列包含多个彩色滤光器。在所描绘的实例中，彩色滤光器阵列中的彩色滤光器包含：以“r”标签指示的红色滤光器、以“g”标签指示的绿色滤光器及以“b”标签指示的蓝色滤光器。在所描绘的实例中，每一彩色滤光器安置在下伏的像素电路204的相应光电二极管上方。如图2中所描绘的实例中所展示，位于彩色滤光器之下的每一像素电路204a、204b、204c、204d、204e、204f、204g及204h的所有光电二极管位于具有相同绿色“g”的彩色滤光器之下。如此，在彩色滤光器之下受到照射的像素电路204a、204b、204c、204d、204e、204f、204g及204h的所有光电二极管被绿色“g”入射光
照射。
28.图2中所描绘的实例也图解说明每一像素电路群组包含像素电路，像素电路包含一或多个pdaf光电二极管。确切来说，像素电路204a、204b、204c及204d的第一像素电路群组包含包括椭圆形虚线内的两个pdaf光电二极管的像素电路204a，所述两个pdaf光电二极管被标注为“pd”。第一群组的其余像素电路204b、204c及204d全部包含经光学耦合以接收绿色“g”入射光的正常图像感测光电二极管。类似地，像素电路204e、204f、204g及204h的第二像素电路群组包含包括在椭圆形虚线内的两个pdaf光电二极管的像素电路204f，所述两个pdaf光电二极管被标注为“pd”。第二群组的其余像素电路204e、204g及204h全部包含经光学耦合以接收绿色“g”光的正常图像感测光电二极管。
29.在各种实例中，包含pdaf光电二极管的像素电路可被视为提供相位检测信息的pdaf像素电路，且全部包含图像感测光电二极管的其它像素电路是正常图像感测像素电路。如将论述，根据本发明，包含彩色像素阵列202的成像系统可一次读出多个像素电路的整个群组，在实例中包含通过模拟合并或组合来自每一像素电路的输出信号一次读出四个像素电路或16个光电二极管。在各种实例中，根据本发明的教示，通过使得在来自像素电路群组的经组合或经模拟合并总输出信号中来自pdaf像素电路的输出信号的影响胜过来自正常图像感测像素电路的输出信号的影响来读出来自群组中的四个像素电路或16个光电二极管的总输出信号中所包含的相位检测信息。
30.为图解说明，图3展示根据本发明的教示的包含像素电路群组的彩色像素阵列302的示意图的一个实例，其中pdaf像素电路304a散置在正常图像感测像素电路304b、340c及304d当中，图像传感器中的读出电路系统306将pdaf像素电路304a以及正常图像感测像素电路304b、340c及304d模拟合并及读出。应了解，图3的彩色像素阵列302及读出电路系统306可以是图1a中所论述的像素阵列102及读出电路系统106的实例，且图3的像素电路304a、304b、304c及304d可以是图2中所论述的像素电路204a、204b、204c及204d的第一群组或图1b中所论述的像素电路104的实例，且上文所描述的具有类似名称及编号的元件被耦合且在下文具有类似的功能。
31.如图3的实例中所展示，像素阵列302包含像素电路群组，所述像素电路群组包含pdaf像素电路304a以及正常图像感测像素电路304b、304c及304d。如所展示，每一像素电路304包含多个光电二极管。pdaf像素电路304a包含：两个pdaf光电二极管，其由椭圆形虚线内的“pd”标签指示；及两个图像感测光电二极管，其经光学耦合以接收绿色“g”入射光，由“g”标签指示。在操作中，两个pdaf光电二极管经配置以提供相位检测信息(与像素阵列302中被单独读出的其它pdaf像素电路一起)。正常图像感测像素电路304b、304c及304d各自包含经光学耦合以接收绿色“g”入射光的四个图像感测光电二极管，由“g”标签指示。在操作中，正常图像感测光电二极管经配置以提供图像感测信息。每一像素电路304包含相应的浮动扩散部318，浮动扩散部318经耦合以经由相应的转移晶体管接收由每一相应的光电二极管光生的电荷。如此，来自四个光电二极管的光生电荷在每一相应的浮动扩散部318中组合或模拟合并。
32.所描绘的实例展示每一像素电路304包含相应的缓冲晶体管324，相应的缓冲晶体管324耦合到像素电路304中的相应的浮动扩散部318的。在各种实例中，每一缓冲晶体管324是缓冲放大器或源极跟随器耦合式mosfet，其具有耦合到相应的浮动扩散部318以产生
相应的输出信号330的栅极端子。在各种实例中，来自每一缓冲晶体管324的输出信号330包含电流。因此，来自pdaf像素电路304a的输出信号330a也被标注为i1，来自图像感测像素电路304c的输出信号330b也被标注为i3，来自图像感测像素电路304b的输出信号330b也被标注为i2，且来自图像感测像素电路304d的输出信号330d也被标注为i4。
33.来自每一相应的像素电路304的每一输出信号330经耦合以由位线312经由所展示的相应选择晶体管326接收。在图3中所描绘的实例中，读出电路系统306经耦合以经由位线312从像素阵列302的像素电路304接收输出信号330。所描绘的实例展示位线312分离成第一部分312
‑
1及第二部分312
‑
2。位线部分312
‑
1经耦合以从pdaf像素电路304a接收输出信号330a电流i1且从图像感测像素电路304c接收输出信号330c电流i3。位线部分312
‑
2经耦合以从图像感测像素电路304b接收输出信号330b电流i2且从图像感测像素电路304d接收输出信号330d电流i4。
34.如此，在位线部分312
‑
1中将输出信号330a电流i1与输出信号330c电流i3组合在一起或模拟合并为i1 i3，如所展示。类似地，在位线部分312
‑
2中将输出信号330b电流i2及输出信号330d电流i4组合在一起或模拟合并为i2 i4，如所展示。位线部分312
‑
1与312
‑
2在读出电路系统306中会合在一起。如此，输出信号330a、330b、330c及330d的i1 i3及i2 i4电流分量在位线312中再次组合在一起或模拟合并为i1 i2 i3 i4，如所展示。位线312耦合到电流源336，电流源336耦合到接地及读出电路系统306中的驱动器338的输入，如所展示。电流源336经耦合而以i1 i2 i3 i4形式接收模拟合并电流且汇集成偏压电流i
bias
，如所展示。在电流源336处从位线312产生的电压v
o
经耦合以在驱动器338的输入处被接收，电压v
o
用于产生表示从像素电路304a、304b、340c及340d的群组读出的电荷信息的总输出信号340。因此，根据本发明的教示，在各种实例中，总输出信号340表示从相应的四个像素单元304或相应的16个光电二极管读出的经模拟合并电荷。
35.根据本发明的教示，图3中所图解说明的实例性示意图也可用于读出例如图2中所图解说明的其它像素单元群组，且例如图1a中所图解说明的成像系统中所包含的多个位线可用于读取像素单元群组的多个列。
36.返回参考图3中所描绘的实例，注意，根据本发明的教示，与正常图像感测像素电路304b、304c及304d的缓冲晶体管324b、324c及324d的较高阈值电压“v
t”相比，pdaf像素电路304a的缓冲晶体管324a具有低阈值电压“低v
t”。根据本发明的教示，由于在缓冲晶体管324a具有较低阈值电压“低v
t”，因此输出信号330a电流i1的影响将胜过其余输出信号电流i2 i3 i4的影响。
37.另外，根据本发明的教示，在一个实施例中，浮动扩散部升压信号328也可用于pdaf像素304的浮动扩散部318a，以在从像素电路304a、304b、304c及304d的群组读出电荷信息期间进一步使输出信号330a电流i1的影响超过其余输出信号电流的组合i2 i3 i4的影响。在此实例中，在读出期间正常图像感测像素像素304b、304c及304d的浮动扩散部318b、318c及318d不升压且因此不接收浮动扩散部升压信号328。因此，根据本发明的教示，由于将输出信号330a、330b、330c及330d模拟合并，因此来自pdaf像素304a的包含在位线312中的i1 i2 i3 i4电流中的相位检测信息将不会丢失。
38.为图解说明，在各种实例中，每一像素电路304中的每一缓冲晶体管324是源极跟随器耦合式mosfet。如此，通过已饱和的缓冲晶体管324的漏极电流i
d
可由如下方程式(1)
表征：
[0039][0040]
i
d
(sat)表示已饱和的缓冲晶体管324的漏极电流，μ表示缓冲晶体管324的反转层中的所有移动电子的恒定表面迁移率，c
ox
表示缓冲晶体管324每单位面积的栅极氧化物电容，w表示缓冲晶体管324的沟道宽度，l表示缓冲晶体管324的沟道长度，v
gs
表示缓冲晶体管324的栅极源电压，且v
th
表示缓冲晶体管324的阈值电压。
[0041]
如果假定相应的浮动扩散部处的电压在缓冲晶体管324a的栅极端子处是且跨越选择晶体管326a的电压降最小，那么缓冲晶体管324a的栅极
‑
源极电压可由取代。如此，pdaf像素电路304a的缓冲晶体管324a的输出信号330a漏极电流i1可由如下方程式(2)表征：
[0042][0043]
其中表示缓冲晶体管324a的低阈值电压v
t
。
[0044]
类似地，如果假定相应的浮动扩散部318b、318c及318d处的电压在缓冲晶体管324b、324c及324d的相应的栅极端子处是(其中i＝2、3、4)且跨越相应的选择晶体管326b、326c及326d的电压降最小，那么正常图像感测像素电路304b、304c及304d的缓冲晶体管324b、324c及324d的组合输出信号漏极电流i2、i3及i4可由如下方程式(3)表征：
[0045][0046]
其中(其中i＝2、3、4)分别表示缓冲晶体管324b、324c及324d的较高阈值电压v
t
。
[0047]
因此，将以上方程式(2)与(3)组合，电流源336的偏压电流i
bias
(也等于i1 i2 i3 i
4)
可由如下方程式(4)表征：
[0048][0049]
由于缓冲晶体管324a的较低阈值电压小于缓冲晶体管324b、324c及324d的较高阈值电压(其中i＝2、3、4)，因此i1 i2 i3 i4中的i1分量(即，方程式(2))的影响胜过偏压电流i
bias
。
[0050]
此外，在各种实例中，可通过将浮动扩散部升压信号328施加到图3中所展示的pdaf像素电路304a的浮动扩散部318a或激活浮动扩散部升压信号328进一步增强i1 i2 i3 i4中的i1(即，方程式(2))分量的影响。在实例中，正常图像像素304b、304c及304d的浮动扩散部318b、318c及318d不升压。在将浮动扩散部升压信号328施加到浮动扩散部318a的情况下，缓冲晶体管324a的栅极端子处的浮动扩散部电压将升压到大于缓冲晶体管324b、324c及324d的相应的栅极端子处的浮动扩散部电压(其中i＝2、3、4)。因此，根据本发明的教示，方程式(4)展示i1 i2 i3 i4中的i1分量(即，方程式(2))的影响将进一步胜过偏压电流i
bias
。
[0051]
因此，根据本发明的教示，输出信号330a电流i1将胜过其余输出信号电流i2 i3 i4的影响且将占偏压电流i
bias
的绝大部分，以使得由驱动器338接收的电压v
o
将仅基本上与pdaf像素电路304a的浮动扩散部318a的电压一致。
[0052]
为图解说明，图4展示根据本发明的教示的图解说明pdaf像素电路读出、正常图像感测像素电路读出及模拟合并像素电路的总组合读出之间的相对关系的时序图的实例。应了解，图4中所展示的实例性时序图图解说明图3的彩色像素阵列302及读出电路系统306的实例性输出信号读数，图3的彩色像素阵列302及读出电路系统306可包含在图1a的像素阵列102及读出电路系统106的实例中，且包含图2中所论述的像素电路204a、204b、204c及204d的第一群组的实例或图1b中所论述的像素电路104的实例。如此，上文所描述的具有类似名称及编号的元件被耦合且在下文具有类似的功能。
[0053]
图4中所图解说明的时序图实例展示电压v
o 434的实例，电压v
o 434可以是图3的驱动器338的输入处的电压v
o 334的实例。所述实例图解说明图4的左上部中的在pdaf像素电路输出读数442的相关双取样(cds)期间的v
o 434读出电压、图4的右上部中的在正常图像感测像素电路输出读数444的相关双取样期间的v
o 434读出电压及图4的底部部分中的pdaf像素电路与正常图像感测像素电路输出的组合总输出信号446。
[0054]
如图4的左上部中所图解说明的读出442中所展示，pdaf像素电路输出的v
o
电压434的复位(shr)值的取样与保持读数大于图4的右上部中所图解说明的读出444中所展示的正常图像感测像素电路输出的shr值v
reset
。pdaf像素电路输出读出442的v
o
电压434的此较大读数是由于阈值电压v
t
低以及对先前所论述的pdaf像素电路的浮动扩散部施加了浮动扩散部升压信号。
[0055]
另外，图4展示pdaf像素电路输出读数442的v
o
电压434的信号(shs)值的取样与保持读数也大于正常图像感测像素电路输出读数444的shs值v
signal
。pdaf像素电路输出442的v
o
电压434的此较大读数是由于阈值电压v
t
低、对先前所论述的pdaf像素电路的浮动扩散部施加了浮动扩散部升压信号以及pdaf光电二极管通常具有比正常图像感测光电二极管低的灵敏度。
[0056]
因此，pdaf像素电路输出读数442的影响胜过图4的底部部分中所展示的四个像素电路或16个光电二极管的pdaf像素电路与正常图像感测像素电路输出的组合总输出信号446。根据本发明的教示，pdaf像素电路输出的影响胜过正常图像感测像素电路输出是由于与正常像素电路中所包含的缓冲晶体管的较高阈值电压v
t
相比pdaf像素电路中所包含的缓冲晶体管的阈值电压v
t
低且对pdaf像素电路的浮动扩散部施加了浮动扩散部升压信号。在操作中，应了解，根据本发明的教示，因此可在四个像素电路或16个光电二极管的组合输出或模拟合并输出之后在相关双取样的shr及shs两点处选择且读出pdaf像素电路输出信号。
[0057]
本发明所图解说明实例的以上说明(包含发明摘要中所描述的内容在内)並不旨在具穷尽性或将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然本文中出于说明目的而描述本发明的具体实例，但所属领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种修改。
[0058]
可鉴于以上详细说明对本发明做出这些修改。以下权利要求书中所使用的术语不应被理解为将本发明限制于本说明书中所揭示的具体实例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书来确定，所述权利要求书应根据所建立的权利要求解释原则来理解。