[发明专利]图像传感器及其操作方法

说明书

一种图像传感器的操作方法。对像素电路的第一光二极管进行第一光累积，以得到至少一个第一图像信号。对像素电路的第二光二极管进行第二光累积，以得到第二图像信号，第一光二极管的光二极管面积大于第二光二极管。收集第一光二极管的溢流电荷以进行第三光累积，以得到溢流图像信号。其中第一光累积具有最长累积期间，并且第三光累积具有最短累积期间。

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，特别涉及一种高动态范围的图像传感器的操作方法。

背景技术

互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器普遍使用于移动应用中。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器也可使用于其他应用，例如汽车或安全(security)应用。汽车或安全应用的要求异于移动应用。例如，高动态范围(high dynamic range或HDR)的要求较高，以确保亟暗与亟亮场景可于同一图框(frame)当中撷取到，且具有良好品质。

像素的动态范围的延伸可通过将一个像素划分为两个光二极管来达到，其中一个较小而另一个较大。然而，由于长曝光与短曝光的累积期间没有互相重迭，因而会产生移动假影(motion artifact)。

使用于交通信号及汽车刹车灯的发光二极管通常调制(modulate)于90Hz或以上。如果像素当中某一光二极管的累积期间短于发光二极管的导通工作周期(duty cycle)，则像素可能会错过发光二极管的信号，因而产生发光二极管闪烁。

因此亟需提出一种新颖的图像传感器及其方法，用以改善传统图像传感器的缺失。

发明内容

鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种高动态范围的图像传感器的操作方法，其不会产生移动假影(motion artifact)。本发明实施例使用像素的两个光二极管以读出至少三个曝光值，使得高动态范围(例如120dB)的实施成本得以降低。本发明实施例可用以缓和发光二极管的闪烁。

根据本发明实施例之一，图像传感器的操作方法包含对像素电路的第一光二极管进行第一光累积，以得到至少一个第一图像信号；对像素电路的第二光二极管进行第二光累积，以得到第二图像信号，第一光二极管的光二极管面积大于第二光二极管；收集第一光二极管的溢流电荷以进行第三光累积，以得到溢流图像信号。其中第一光累积具有最长累积期间，且第三光累积具有最短累积期间。

根据本发明另一实施例，图像传感器的操作方法包含重置像素电路的第一光二极管，并对第一光二极管开始进行第一光累积；重置像素电路的第二光二极管，并对第二光二极管开始进行第二光累积，第一光二极管的光二极管面积大于第二光二极管；收集第一光二极管的溢流电荷以进行第三光累积，其中第一光累积具有最长累积期间，且第三光累积具有最短累积期间；于第三光累积结束时，读出溢流图像信号；读出第三光累积的溢流重置信号，其也作为第二光累积的第二重置信号；于第二光累积结束后，读出第二光二极管的第二图像信号；及于第一光累积结束前，读出第一光二极管的至少一个第一重置信号，并于第一光累积结束之后，读出第一光二极管的至少一个第一图像信号。

根据本发明又一实施例，图像传感器包含多个像素电路，每一像素电路包含第一光二极管、第二光二极管、第一传送晶体管、第二传送晶体管、连接晶体管、重置晶体管、源极随耦器与选择晶体管。第一光二极管的光二极管面积大于第二光二极管。第一传送晶体管连接于第一光二极管与第一浮动扩散节点之间。第二传送晶体管连接于第二光二极管与第二浮动扩散节点之间。连接晶体管连接于第一浮动扩散节点与第二浮动扩散节点之间。重置晶体管连接于电源电压与第二浮动扩散节点之间。源极随耦器与选择晶体管串联于电源电压与输出节点之间，源极随耦器连接于电源电压与选择晶体管之间，且源极随耦器的栅极连接至第一浮动扩散节点，选择晶体管连接于源极随耦器与输出节点之间。对第一光二极管进行第一光累积，以得到至少一个第一图像信号；对第二光二极管进行第二光累积，以得到第二图像信号；及收集第一光二极管的溢流电荷以进行第三光累积，以得到溢流图像信号。第一光累积具有最长累积期间，且第三光累积具有最短累积期间。