[发明专利]图像传感器及操作图像传感器的方法

说明书

本发明涉及图像传感器及操作图像传感器的方法。高动态范围成像像素可包括光电二极管、溢出节点和该光电二极管与该溢出节点之间的溢出路径。该成像像素可具有重叠的溢出积分时间和光电二极管积分时间。该溢出积分时间可短于该光电二极管积分时间。在该溢出积分时间结束时，可获得溢出电荷的非相关双样本。然后，增加该光电二极管的容量，并且电荷继续聚积在该光电二极管中，直到该光电二极管积分时间结束。然后，可从该光电二极管获得电荷的相关双样本。为了进一步增大到动态范围，该溢出电荷可在整个该溢出积分时间内重复进行采样和重置，从而有效地增加该溢出容量。该溢出样本可被集成在缓冲器上以跟踪总的溢出电荷。

技术领域

本发明整体涉及成像设备，具体涉及图像传感器及操作图像传感器的方法，并且更具体地，涉及具有高动态范围成像像素的成像设备。

背景技术

图像传感器常常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置结构中，图像传感器包括被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。可将电路耦接到每个像素列以从图像像素读出图像信号。典型图像像素包含用于响应于入射光而生成电荷的光电二极管。图像像素还可包括用于存储在光电二极管中生成的电荷的电荷存储区。图像传感器可使用全局快门、卷帘快门、逐像素控制或逐像素组控制的方案来操作。

一些常规图像传感器或许能够在高动态范围(HDR)模式下工作。可在图像传感器中通过为交替的像素行分配不同的积分时间来实现HDR操作。然而，常规HDR图像传感器有时可经历低于所需分辨率、低于所需灵敏度、高于所需噪声水平以及低于所需量子效率。

因此，希望能够提供在图像传感器中改善的高动态范围操作。

发明内容

根据第一方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：光电二极管；至少一个电荷存储区；晶体管，所述晶体管插置在所述光电二极管与所述至少一个电荷存储区之间，其中所述晶体管被配置为设定势垒，并且其中所述光电二极管中超过所述势垒的电荷溢出所述晶体管到所述至少一个电荷存储区中；和读出电路，所述读出电路被配置为在溢出积分时间期间重复对来自所述至少一个电荷存储区的电荷进行采样。

根据第二方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：用于成像像素的光电二极管，其中所述成像像素具有溢出积分时间和光电二极管积分时间；至少一个电荷存储区；溢出晶体管，所述溢出晶体管插置在所述光电二极管与所述至少一个电荷存储区之间，其中所述溢出晶体管具有栅极；行控制电路，所述行控制电路被配置为在所述溢出积分时间期间以中间电平将控制信号提供给所述栅极，并且在所述溢出积分时间结束时降低所述控制信号；和读出电路，所述读出电路被配置为在所述溢出积分时间结束时对来自所述至少一个电荷存储区的电荷进行采样，并且在所述光电二极管积分时间结束时对来自所述光电二极管的电荷进行采样。根据第三方面，提供一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括光电二极管、溢出节点、缓冲器和所述光电二极管与所述溢出节点之间的溢出路径，所述方法包括：在所述光电二极管中聚积电荷，其中一些电荷经由所述溢出路径从所述光电二极管溢出到所述溢出节点；在溢出积分时间期间，重复对所述溢出节点处的电荷电平进行采样并且将所述电荷电平添加到所述缓冲器；以及在与所述溢出积分时间重叠的光电二极管积分时间结束时，对来自所述光电二极管的电荷电平进行采样。

附图说明

图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的例示性电子设备的示意图。

图2是根据实施方案的用于读出图像传感器中的图像信号的例示性像素阵列以及相关联的读出电路的示意图。

图3A是根据实施方案的例示性成像像素的示意图，该成像像素具有光电二极管、溢出节点和从光电二极管到溢出节点的溢出路径。

图3B是根据实施方案的示出操作图3A的成像像素的例示性方法的时序图。

图4是根据实施方案的例示性成像像素的电路图，该成像像素具有由耦接在增益选择晶体管与重置晶体管之间的存储电容器形成的溢出节点。