[实用新型]像素、图像传感器和成像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及成像领域，更具体地涉及多存储像素图像传感器和成像系统。

背景技术

多存储节点像素在高动态范围(HDR)成像中可能是有益的，而高动态范围(HDR)成像可包括重叠曝光成像技术。在重叠曝光HDR成像中，在同一时间段内利用图像传感器捕获曝光时间段不同的多个图像，随后把图像组合成高动态范围图像。

为了实现HDR成像而在不同时间捕获的图像可能会导致移动物体的图像失真。以重叠方式捕获图像时，由于多次图像捕获接收同一时间的相同运动，减少了失真。

卷帘快门架构也导致移动物体的图像失真，因为图像是按顺序逐行的方式捕获的。因此，为了使与卷帘快门电路相关联的运动失真最小，可优选地使用全局快门设计，因为全局快门成像器中的所有像素同时积聚光。

能够进行相关双采样的常规全局快门像素具有至少一个光敏元件以及专用像素内存储区和浮动扩散区。像素的工作方式如下：在积分后把电荷传输到存储区，在读出之前重置浮动扩散区，然后从存储区把电荷读出至浮动扩散区进行采样。因此，仅在读出时间段期间利用浮动扩散区。

利用用到由多个存储区形成的像素的全局快门设计来创建HDR图像导致像素较大；对于给定像素大小，使光电二极管的面积减小，从而使灵敏度下降。

实用新型内容

根据一个实施方案，一种像素，其响应于用于发送控制信号的处理电路，所述像素包括：响应于光的光敏元件；第一转移门，其耦接到所述光敏元件，其中所述第一转移门在积分时间段期间选择性地将所述光敏元件耦接到浮动扩散区，并且响应于第一控制信号，在第一曝光时间段之后将第一电荷从所述光敏元件转移到所述浮动扩散区；其中所述浮动扩散区在所述积分时间段期间存储所述第一电荷；以及第二转移门，其耦接到所述光敏元件，其中所述第二转移门在积分时间段期间选择性地将所述光敏元件耦接到存储区，并且响应于第二控制信号，在第二曝光时间段之后将第二电荷从所述光敏元件转移到所述存储区；其中所述存储区在所述积分时间段期间存储所述第二电荷。

根据上述像素的一个实施例，还包括：第三转移门，其将所述存储区耦接到所述浮动扩散区；以及重置门，其将所述浮动扩散区耦接到电压源。

根据上述像素的一个实施例，其中所述浮动扩散区和所述存储区各自存储具有相应曝光时间段的多个电荷，从而导致所述存储区存储具有第二总曝光时间段的电荷，并且所述浮动扩散区存储具有第一总曝光时间段的电荷；其中所述第二总曝光时间段比所述第一总曝光时间段长。

根据上述像素的一个实施例，其中，在读出时间段期间，从所述浮动扩散区读出所述第一电荷，借助重置信号重置所述浮动扩散区，并且在所述浮动扩散区的重置之后从所述存储区读出所述第二电荷。

根据另一个实施方案，一种图像传感器，包括：光敏元件，其中在积分时间段期间：所述光敏元件在第一曝光时间段期间产生第一电荷部分；并且所述光敏元件在第二曝光时间段期间产生第二电荷部分；第一转移门，其被配置为将所述第一电荷部分从所述光敏元件转移到浮动扩散区；以及第二转移门，其被配置为将所述第二电荷部分从所述光敏元件转移到存储区。

根据上述图像传感器的一个实施例，其中，所述第二曝光时间段比所述第一曝光时间段长。

根据上述图像传感器的一个实施例，其中：所述浮动扩散区包括二极管；并且所述存储区包括二极管。

根据另一个实施方案，一种成像系统，包括：控制单元，其中所述控制单元发送控制信号；以及像素阵列，其通信地耦接到所述控制单元，包括成行成列排列的多个像素，其中每个像素包括：响应于光的光敏元件；第一转移门，其耦接到所述光敏元件并响应于第一控制信号，其中所述第一转移门在第一曝光时间段之后将第一电荷从所述光敏元件转移到浮动扩散区；第二转移门，其耦接到所述光敏元件并响应于第二控制信号，其中所述第二转移门在第二曝光时间段之后将第二电荷从所述光敏元件转移到存储区；重置门，其响应于第三控制信号，其中所述重置门在所述第二电荷的转移之前重置所述浮动扩散区；以及第三转移门，其耦接在所述存储区和所述浮动扩散区之间并响应于第四控制信号，其中所述第三转移门将所述第二电荷从所述存储区转移到所述浮动扩散区。

根据上述成像系统的一个实施例，其中所述控制单元协调所述多个像素以便同时进行积分。