摄像设备和包括摄像设备的摄像机系统.pdf

本发明涉及具有安排成行和列的像素的摄像设备(401)。每个像素(301)包括：光敏元件(302)、浮置扩散体(304)、传输晶体管(303)、其控制电极连接到浮置扩散体(304)的放大晶体管(305)和复位晶体管(306)。外部节点(310)经过行选择总线(406)耦合到选择开关。选择开关(411)向行选择总线(406)提供由第一电压源(409)产生的第一偏置电压、或者由第二电压源(410)产生的第二偏置电压。施加第一偏置电压同时导通复位晶体管(306)将浮置扩散体(304)编程为第一偏置电压，该第一偏置电压将放大晶体管(305)偏置成导通状态，从而选择该像素(301)。类似地，施加第二偏置电压，放大晶体管(305)成截止状态，从而不选择该像素(301)。选择和不选择像素的这种方式不再需要每个像素中单独的选择晶体管，因而提高了像素的填充系数。这种处理方法对于应用关联的两次采样(CDS)的摄像设备特别有用。

1.  一种包括多个像素的摄像设备(401)，至少一个像素(301)包括：光敏元件(302)，用于转换光成为电荷；电荷-电压转换节点(304)，用于转换所说的电荷为电压电平；传输晶体管(303)，它的主导通通道连接在所说的光敏元件(302)和所说的电荷-电压转换节点(304)之间；放大晶体管(305)，它的控制电极连接到所说的电荷-电压转换节点(304)，它的主导通通道连接到所说像素的第一外部节点(309)，并且耦合到所说像素的第二外部节点(310)；和复位晶体管(306)，它的主导通通道连接在所说电荷-电压转换节点(304)和所说第二外部节点(310)之间，其特征在于：所说的第二外部节点(310)耦合到偏置装置(406、411、409、410)，用于提供至少两个不同的电压电平给所说电荷-电压转换节点(304)，以便分别偏置所说的放大晶体管(305)成截止状态和导通通道。

2.  根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于：所说的像素(301)排列成行和列，构成一个矩阵，在一个行内的像素的第二外部节点(310)连接到行选择总线(406)。

3.  根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于：所说的偏置装置包括：用于提供第一偏置电压的第一电压源(409)，用于提供第二偏置电压的第二电压源(410)，和用于向所说的行选择总线(406)耦合或者所说第一电压源(409)或者所说第二电压源(410)的选择开关(411)。

4.  根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于：所说的光敏元件(302)包括光电二极管。

5.  根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于：所说的光敏元件包括光闸。

6.  根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于：所说的放大晶体管(305)是绝缘栅场效应晶体管。

7.  根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于：所说的复位晶体管(306)是绝缘栅场效应晶体管。

8.  根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于：所说的传输晶体管(303)是绝缘栅场效应晶体管。

9.  一种摄像机系统，包括光学装置，用于向摄像设备(502)的图像部分(505)聚焦图像，其特征在于：所说的摄像设备(502)是按照前述的权利要求之一所述的摄像设备。

摄像设备和包括摄像设备的摄像机系统
技术领域
本发明涉及一种包括多个像素的摄像设备，其中的至少一个像素包含用于转换光为电荷的光敏元件，一个电荷-电压转换节点用于转换所说的电荷为电压电平，一个传输晶体管(transfer transistor)使它的主导通通道连接在所说的光敏元件和所说的电荷-电压转换节点之间，一个放大晶体管使它的控制电极连接到电荷-电压转换节点并且使它的主导通通道连接到所说的像素的第一外部节点而且耦合到所说像素的第二外部节点，以及一个复位晶体管使它的主导通通道连接在所说电荷-电压转换节点和所说的第二外部节点之间。
本发明还涉及一种摄像机系统，包括光学装置以聚焦图像在摄像设备的图像部分。
背景技术
这样一种摄像设备通常称之为有源像素传感器(APS)成像仪。这样的APS成像仪通常在互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路(IC)工艺中为固态成像仪。在正常使用中，APS成像仪可以是一个摄像机系统的一部分，例如数字静止摄像机、网络摄像机(webcam)、视频摄像机记录仪(camcorder)、或者诸如蜂窝电话之类的移动应用。
APS成像仪按其基本形式由成像部分和读出部分构成。成像部分包括所谓的像元或像素的矩阵，像素按行和列排列。图1表示出常规的像素的实例。这样的像素也称之为“4T像素“。光学装置在图像部分投射图像。对于每个像素进行安排，以便通过光敏元件，通常是光电二极管或光闸(photogate)，将入射光转换成电信号。光敏元件每当曝光时总要产生一个电信号。曝光之后，将这个电荷传送到电荷-电压转换节点，例如通过浮置扩散体(floating diffusion)传送。浮置扩散体的电压电平正比于存储在其中的电荷。这个电荷等于光敏元件收集的电荷与噪声源产生的所谓零光电平电荷之和。使用源极跟随器或放大晶体管，将浮置扩散体的电压电平复制到源极跟随器晶体管的源极，该源极跟随器耦合到像素的第一外部节点上。源极跟随器的漏极连接到用于偏置的像素的第二外部节点。
使用成像仪的读出部分中的采样和保持(SH)电路采样像素(像素信号)的第一外部节点的电压以便进一步处理。为了提高像素的性能，可以使用“关联的两次采样(CDS)“。在使用CDS的APS成像仪中，首先采样浮置扩散体的零光电压电平，然后再传送由光敏元件收集光之后浮置扩散体的电压电平。噪声的影响反映在零光电平电荷中，通过从第二采样值中扣除第一采样值可消除噪声的影响。这就要求在像素内有一个传输晶体管，用于控制从光敏元件到浮置扩散体的电荷传输。
再有，APS成像仪通常是逐行读出的，这里像素的每列共享同一个采样和保持电路。为了防止一列中不同像素的像素信号混合，常规的APS成像仪包括一个选择晶体管，选择晶体管的主导通通道将源极跟随器晶体管的源极耦合到像素的第一外部节点。
最后，在能够再次读出像素信号之前，浮置扩散体的电压电平需要复位到预定的电平。为此，像素包括一个复位门，通常是复位晶体管，它的主导通通道连接浮置扩散体和像素的第二外部节点。
由于所需的晶体管数目的缘故，在常规的CDS APS成像仪中像素的填充系数相对低。这就意味着，像素只有相对小的区域可供光敏元件利用。其余的区域都由晶体管以及连接这些晶体管到读出部分必需的连线占据。进而，像素的最小面积主要由像素内这些晶体管的数目确定。这样，常规的像素的缺点是，它限制了安装在图像部分的指定区域上的像素的数目，因此限制了CDS APS成像仪的可用分辨率。欧洲专利申请EP-A 1017107公开了利用光闸作为光敏元件的CDSAPS成像仪的一个解决方案。在图2中表示出按照欧洲专利申请EP-A1017107的像素。在这里公开的像素中，取消了选择晶体管，代之以使用像素的浮置扩散体在截止状态偏置源极跟随器的晶体管因而不选择像素，而在导通状态它地功能就是一个源极跟随器，因而可以选择像素。为此，将复位晶体管的漏极耦合到一个电压源，以控制光闸的操作。源极跟随器的晶体管或者偏置成截止状态或者偏置成导通状态，为此或者经过这个电压源加适当的偏置电压，或者同时导通复位晶体管。然而，由于利用的是光闸的特殊操作，所以公开的解决方案只适用于利用光闸的CDS APS成像仪。
发明内容
本发明的一个主要目的是提供一种摄像设备，它所包括的像素的填充系数有所提高，其中可以使用光电二极管作为光敏元件。
为此，本发明提供一种在本说明书的开始段定义的摄像设备，其特征在于：所说的第二外部节点耦合到偏置装置，向电荷-电压转换节点提供至少两个不同的电压电平，从而可以偏置所说的放大晶体管分别为截止状态或导通状态。
加到所说放大晶体管的控制电极的电压决定了放大晶体管的操作方式。向放大晶体管的控制电极加第一电压电平确保没有任何电流流过放大晶体管的主导通通道。放大晶体管然后偏置成截止状态。这样，通过向所说像素的电荷-电压转换节点提供所说第一电压电平，即可保证这个像素不会产生像素信号。向放大晶体管的控制电极加第二电压电平确保有电流流过放大晶体管的主导通通道。放大晶体管然后偏置成导通状态。这样，通过向所说像素的电荷-电压转换节点提供所说第二电压电平，即可保证这个像素产生像素信号。总括来说，通过向电荷-电压转换节点分别提供所说第一和所说第二电压电平，即可使所说像素不被选择和被选择。这样，就不再需要选择晶体管，使其中使用光电二极管作为光敏元件的像素的填充系数增加。
按照本发明的摄像设备的一个实施例，其特征在于所说的像素安排成行和列，它们组成一个矩阵，在一个行内的像素的第二外部节点连接到行选择总线。将像素排列成行和列，并且将一个行内的像素的第二外部节点连接到同一个行选择总线，这样就能逐行地选择和不选择这些像素。以此方式，就可以选择一行像素而不选择其余各行。这样就可保证：在每一列中只选择一个像素而不选择这列中的其余像素。每一列提供一个采样和保持(SH)电路，就可以逐行地读出像素，因为可以保证：每个采样和保持电路在它的输入端都接收单个像素的像素信号。
按照本发明的摄像设备的另一个实施例，其特征在于所说的偏置装置包括：用于提供第一偏置电压的第一电压源、用于提供第二偏置电压的第二电压源、和用于向所说的行选择总线耦合或者所说第一电压源或者所说第二电压源的选择开关。所说的选择开关保证：只有一个电压源的偏置电压提供给所说的行选择总线并且因此提供给与行选择总线连接的像素的电荷-电压转换节点。在实施APS摄像设备的集成电路技术中，设计并实施这样的选择开关是一件相当轻松的事情。再有，提供分别供给第一和第二偏置电压的电压源也是相当容易的。电压源可以是APS摄像设备本身的一部分，或者可以是按通常的方式耦合到选择开关的外部电压源。对于第一偏置电压进行选择，从而使其如果提供给浮置扩散体，则将放大晶体管偏置成截止状态，并且对于第二偏置电压进行选择，如果将其提供给浮置扩散体，则将放大晶体管偏置成导通状态。
按照本发明摄像机系统，其特征在于它包括按照本发明的摄像设备。在这种摄像机系统中，图像经过光学装置投射到摄像设备的图像部分上。这种摄像机系统的优点是它有较高的灵敏度，因为在摄像设备内的像素的填充系数提高了。因此，可以在对于常规的摄像机系统发光条件太差的情况下使用它。
附图说明
参照下面的附图并借助于实例详细描述按照本发明的这些和其它方面：
图1是表示一个已知的摄像设备的像素的示意图；
图2是表示另一个已知的摄像设备的像素的示意图；
图3是表示按照本发明的摄像设备的像素的示意图；
图4是按照本发明的摄像设备的示意略图；
图5是按照本发明的摄像机系统的示意略图。
在这些附图中，对应的部件用对应的参考标号表示。
具体实施方式
图1是表示已知的摄像设备的一个像素的示意图。像素101也称之为“4T像素“。它包括：光电二极管102、传输晶体管103、浮置扩散体104、源极跟随器晶体管105、复位晶体管106、和选择晶体管107。在所示的实施例中，所有的晶体管都是MOSFET型。光电二极管102的阳极连接到地。光电二极管102的阴极经过传输晶体管103连接到浮置扩散体104。传输晶体管103的操作由加到传输栅极108的传输信号控制。源极跟随器晶体管105的栅极连接到选择晶体管107的漏极。源极跟随器晶体管105的漏极连接到复位晶体管106的漏极并且连接到像素的第二外部节点112。复位晶体管106的源极连接到浮置扩散体104。复位晶体管106的操作由加到复位栅极109上的复位信号控制。选择晶体管107的源极连接到像素的第一外部节点111。选择晶体管107的操作由加到选择栅极110上的选择信号控制。像素的第二外部节点112耦合到直流电压源，图1中没有表示出来，用于提供参考电压V_HIGH。V_HIGH通常小于正的电源电压。然而，出于实际的考虑，最好将V_HIGH选为等于电源电压。像素的第一外部节点111连接到图像传感器的读出部分中的采样和保持电路(SH电路)。
取决于在传输(transfer)栅极108存在的电压电平，在光电二极管102的阴极和浮置扩散体104之间的导通通道或者存在或者不存在。在存在导通通道的情况下，由光电二极管102收集的电荷传送到浮置扩散体104。
在预定的积分时间，在光电二极管(102)中收集电荷。这种电荷是由到达光电二极管102的光的能量产生的。在积分时间结束时，通过向传输栅极108加一个脉冲信号，收集到的电荷就从光电二极管102传送到浮置扩散体104。在电荷传送到浮置扩散体104之前，通过向复位栅极加复位信号将浮置扩散体104设置成预先确定的状态。接下来，在栅极110上加选择信号并且通过源极跟随器晶体管105的导通通道提供预定的电流，使选择晶体管107导通。结果，浮置扩散体104的电压电平(具有直流电平移动)复制到像素的第一外部节点，在这里由图像传感器的读出部分中的采样和保持电路采样。第一个采样代表浮置扩散体的参考电平。随后，在光电二极管102中收集的电荷传送到浮置扩散体104。电荷的这种转储导致浮置扩散体104的电压电平的变化，这个变化正比于由光电二极管102收集的电荷的数量。浮置扩散体104的电压电平(具有直流电平移动)复制到像素的第一外部节点，在这里由读出部分中的采样和保持电路采样。这种第二采样是浮置扩散体104的参考电平与信号电平的和。在电荷从光电二极管102传送到浮置扩散体104以后，开始光电二极管102的下一个积分周期。
当从第二采样值减去第一采样值时，刚好剩下浮置扩散体104的信号电平；这个电平正比于由光电二极管收集到的电荷量。这就是关联两次采样(CDS)的原理。CDS的优点是它能抑制复位和1/f噪声。这将导致像素的最佳噪声性能，因此导致图像传感器的最佳噪声性能。
在固态成像仪如CMOS成像仪中的一个重要特征是像素的填充系数。填充系数是光电二极管的光敏面积与像素作为一个整体的面积之比。光电二极管的光敏面积越大，其中能够存储的电荷越多。一个像素中存储的电荷越多，它的动态范围越大。如以上所述的CMOS成像仪的缺点是它们的填充系数相当低。
图2是表示在欧洲专利申请EP-A 1017107中公开的像素的示意图。像素201包括：光闸202、传输晶体管203、浮置扩散体204、源极跟随器晶体管206、和复位晶体管205。光闸与地相连，并且经过传输晶体管203连接到浮置扩散体204。光闸202的操作由加到控制端207的信号控制。传输晶体管203的操作由加到传输栅极208的传输信号控制。源极跟随器晶体管206的栅极连接到浮置扩散体204。源极跟随器晶体管206的源极连接到像素的第一外部节点210。源极跟随器晶体管206的漏极连接到像素的第二外部节点211。复位晶体管205的源极连接到浮置扩散体204。复位晶体管205的漏极连接到控制终端207。复位晶体管205的操作由加到复位栅极209的复位信号控制。在这个实施例中的所有的晶体管都是MOSFET型。
像素201的基本操作与图1所示的像素101的操作类似。在预定的积分时间，在光电二极管202中收集电荷。这种电荷是由到达光电二极管202的光的能量产生的。在积分时间结束时，通过向传输栅极208加一个脉冲信号，收集到的电荷就从光电二极管202传送到浮置扩散体204。这导致浮置扩散体204的电压电平的变化。与如图1所示的像素101类似，浮置扩散体204的电压电平借助于源极跟随器晶体管206复制到像素201的外部节点210。
像素选择机制不同于图1所示的像素101的选择机制。在图1中像素101选择与否是借助于选择晶体管107实现的，而在图2的像素201中根本不存在这样的选择晶体管。与此相反，向浮置扩散体204加一个指定的电压电平使源极跟随器晶体管206偏置成截止状态，从而不选择这个像素。类似地，向浮置扩散体204加另一个电压电平使源极跟随器晶体管206偏置成导通状态。向浮置扩散体加上述电压是借助于用来控制光闸202的操作的控制端207实现的。向这个控制端加适当的偏置电压并且使复位晶体管205导通，就可以向浮置扩散体204施加偏置电压。
与像素101相比，像素201的优点是它省去了选择晶体管，因而增加了填充系数。像素201的明显缺点是它需要一个光闸作为光敏元件。
图3是表示按照本发明的摄像设备的像素的示意图。像素301包括：光电二极管302、传输晶体管303、浮置扩散体304、源极跟随器晶体管305、和复位晶体管306。光电二极管302的阳极与地相连。光电二极管302的阴极经过传输晶体管303连接到浮置扩散体304。传输晶体管303的操作由加到传输栅极307的传输信号控制。源极跟随器晶体管305的栅极连接到浮置扩散体304。源极跟随器晶体管305的源极连接到像素301的第一外部节点309。源极跟随器晶体管305的漏极连接到复位晶体管306的漏极并且连接到像素301的第二外部节点310。复位晶体管306的源极连接到浮置扩散体304。复位晶体管306的操作由加到复位栅极308的复位信号控制。在这个实施例中的所有的晶体管都是绝缘栅场效应晶体管(IGFET)。使用MOSFET型晶体管则更好，当然，也可以使用其它类型的IGFET。
与图1所示的像素101相比，差别在于没有选择晶体管。在实践中，摄像设备中的像素的选择是逐行进行的，而不是逐个像素地进行。这样，如果读出一行像素所需的寻址操作和激励能够完整地传送到读出部分中的控制和选择装置，就可以允许从像素中省去选择晶体管。在保持像素的总面积相同的情况下，光敏元件(在这种情况下是光电二极管)可利用的面积显然是增加了。因此，像素301的填充系数大于像素101的填充系数。图4表示这是如何实现的。进而，图4更加详细地说明像素301的功能。
图2所示的像素201只有一个优点：对于使用光闸作为光敏元件的APS成像仪可增加填充系数。像素301通过减少元件实现了使用光电二极管作为光敏元件的APS成像仪的这一优点。与像素201相比，像素301的附加优点是光电二极管302的功能可以由光闸代替。因此，这种设计可以应用到使用光电二极管作为光敏元件的APS成像仪和使用光闸作为光敏元件的APS成像仪这两者中。
有益的作法可以是，用浮栅或能够进行电荷-电压转换的另外的电容性元件来代替浮置扩散体304。此外，当使用具有插接表面的光电二极管时，表面漏电流将要分散开。它的附加优点是可获得暗电流的明显减小。
与其它的设计选择有关，使用P-MOSFET代替如图3所示的N-MOSFET来实现像素301可能是有益的。在这种情况下，应该相应地改变光电二极管或光闸的偏置电压。
图4是按照本发明的摄像设备的示意略图。摄像设备401包括图像部分402和读出部分403。
图像部分402包括多个像素301，这些像素安排成由行和列组成的一个矩阵。图像部分402还包括多个传输总线、多个复位总线、和多个行选择总线。每一行像素301都有它自已的传输总线404、复位总线405、和行选择总线406。定位在同一行中的像素301的传输栅极307连接到同一个传输总线404；定位在同一行中的像素301的复位栅极308连接到同一个复位总线405；定位在同一行中的像素301的第二外部节点310连接到同一个行选择总线406。图像部分402还包括多个读出总线。像素301的每一列都有它自已的读出总线407。定位在同一列中的像素301的第一外部节点309连接到同一个读出总线407。总线的这种安排能使像素由首先选择的一行像素(不选择其余的行)逐行地读出，然后读出在每一列中所选像素的像素信号。
读出部分403包括一个控制和选择模块408，控制和选择模块408包括一些电路，用来逐行地选择和控制像素301的操作。进而，读出部分403包括用来施加第一直流电压V_HIGH的第一直流电压源409、用来施加第二直流电压V_LOW的第二直流电压源410、和多个选择开关。每个选择开关411都耦合到一行选择总线406、第一电压源409、和第二电压源410。在第一操作模式中，开关411将行选择总线406电耦合到第一电压源409、和在第二操作模式中，开关411将行选择总线406电耦合到第二电压源410。控制和选择模块408确定开关411是在第一模式操作还是在第二模式操作。
读出部分进一步还包括多个采样和保持电路412。每一个采样和保持电路都包括一个连接到读出总线407的输入端419以及一个输出端413。每个采样和保持电路还包括第一开关414和第一保持电容器415、第二开关416和第二保持电容器417、和差分放大器418。第一保持电容器415连接到差分放大器的第一输入端，并且经过第一开关414耦合到读出总线407。第二保持电容器417连接到差分放大器的第二输入端，并且经过第二开关416耦合到读出总线407。差分放大器418的输出形成采样和保持电路的输出413。
操作中，采样和保持电路412完成相关的两次采样，以读出像素301。借助于第一开关414和第一保持电容器415，存储第一采样值，该第一采样值代表读出的像素301的浮置扩散体304的参考电平。借助于第二开关416和第二保持电容器417，存储第二采样值，该第二采样值代表读出的像素301的浮置扩散体304的参考电平和信号电平之和。差分放大器418从第二采样值中减去第一采样值。放大所得的差，这个差作为像素输出信号出现在采样和保持电路412的输出端413。
是否选择一个像素通过对浮置扩散体304的电压电平编程或设置确定。将像素301的浮置扩散体304的电压电平编程为V_LOW，可有效地使源极跟随器晶体管305截止，因此不选择这个像素。将浮置扩散体304的电压电平编程为V_HIGH，可有效地使源极跟随器晶体管305导通。必须对V_LOW和V_HIGH进行选择，以使源极跟随器晶体管305的最终栅-源电压在所说浮置扩散体304编程为V_LOW的情况下确实低于阈值电压，并且在所说浮置扩散体编程为V_HIGH的情况下确实高于阈值电压。对于如图3和4所示的使用P-MOSFET代替N-MOSFET的情况下，必须适当调整V_LOW和V_HIGH的数值。
在操作中，可以按照包括下述步骤的方式读出摄像设备401中的像素301：
-借助于开关411将所有的行选择总线406耦合到电压源410，由此将V_LOW加到所有的行选择总线；
-将复位信号加到所有的复位总线405，由此将所有的像素301的浮置扩散体304编程为V_LOW，从而有效地截止所有像素的源极跟随器晶体管305；
-借助于开关411耦合要读出的这行像素301的行选择总线406到电压源409，由此将V_HIGH加到要读出的这行像素的行选择总线406；
-将复位信号加到要读出的这行像素301的复位总线406，由此将这些像素的浮置扩散体304编程为V_HIGH，于是有效地导通了要读出的像素的源极跟随器晶体管305；
-采样要读出的像素301的浮置扩散体304的参考电平；
-传送光电二极管302中存储的电荷到要读出的像素301的浮置扩散体304；
-采样这个信号以及要读出的像素301的浮置扩散体304的参考电平。
以上所述是如何读出摄像设备401的像素301的一个实例。本领域的普通技术人员显然清楚，这不是唯一的方式，提供基本上相同的结果的其它方式也是可能的。
图5是按照本发明的摄像机系统的示意略图。摄像机系统501包括用于聚焦图像在摄像设备502的图像部分505上的光学装置(未示出)、数字信号处理器503、和控制器504。摄像设备502转换投影到图像部分505上的图像为电输出信号，该电输出信号经数字化后转换成适当的格式，并发送到数字信号处理器503。数字信号处理器503完成一系列处理步骤，例如包括彩色校正、图像格式自适应、或图像编码，然后传送或存储在适当的装置上，如盒式录像带或硬盘。这在图5中没有表示出来。控制器504协调摄像机系统501中的各项不同任务。
摄像设备502就是如图4所示的摄像设备401。它包括通信总线电路506和其它电子电路507，例如图像部分505和读出部分508。数字信号处理器503包括通信总线509和用于实现实际的信号处理的DSP芯片510。控制器504包括通信总线电路511和用于实现实际控制任务的其它电子电路512。通信总线电路506、509、511是相同的通信总线的部分。通信总线便于在摄像设备502、数字信号处理器503、和控制器504之间的通信。
显然，具有按照本发明的摄像设备的摄像机系统的其它实施例也是可能的。这样的摄像机系统的基本实施例只包括用于投影图像到摄像设备502的图像部分505上的光学装置，而像素输出信号就是摄像机系统的输出信号。在具有按照本发明的摄像设备的摄像机系统的其它实施例中，摄像设备502和数字信号处理器503集成在单个集成电路中。在具有按照本发明的摄像设备的摄像机系统的其它实施例中，省去了控制器504和包括总线接口506、509、511在内的总线系统。
此外，显然可以看出，上述的图像是由人眼可见的波长范围内的电磁辐射组成的图像。这些图像还可能是例如红外图像。
总之，本发明涉及具有排列成行和列的矩阵的摄像设备401。每个像素301包括光敏元件302、浮置扩散体304、传输晶体管303、其控制电极连接到浮置扩散体304的放大晶体管305、和复位晶体管306。外部节点310经过行选择总线406耦合到选择开关。选择开关411向行选择总线406提供或者由第一电压源409产生的第一偏置电压，或者由第二电压源410产生的第二偏置电压。施加第一偏置电压同时使复位晶体管306导通，将浮置扩散体304编程为第一偏置电压，该第一偏置电压将放大晶体管305偏置成导通状态，由此选择像素301。类似地，施加第二偏置电压将放大晶体管305偏置成截止状态，因此不选择像素301。选择和不选择像素的这种方式不再需要在每个像素里的单独的选择晶体管，因此增加了像素的填充系数。这种处理方法对于应用关联的两次采样(CDS)的摄像设备尤其有用。
应该理解，以上描述的目的是为了说明而不是为了限制。回顾了上述描述，许多实施例对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明的范围不应由上述描述确定，而应由所附的权利要求书及其相关的合法等效物确定。
例如，根据设计的考虑，逐个像素地读出像素可能是有利的，而不是逐行地读出。这有利于选择除行选择总线406以外的装置来把像素301的第二外部节点耦合到第一和第二直流电压源。
例如，对于像素301的改进包括抗凝霜(anti-bloom)装置，它包括一个附加的晶体管，这个晶体管的主导通通道耦合在光敏元件302和另一个直流电压源之间，以便可以除去在光敏元件中产生的过多的电荷而对像素信号没有贡献，它的控制电极耦合到另一个直流电压源，这个直流电压源提供预定的电压电平，用于控制可能存储在光敏元件中的最大电荷。