[發(fā)明專利]增大像素靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的方法和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580060029.1
• 申請(qǐng)日: 2015-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN107079117A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·W·基恩;J·L·凡波拉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 雷神公司
• 主分類號(hào): H04N5/355
• 分類號(hào): H04N5/355;H04N5/3745
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務(wù)所11497
• 代理人: 黃小臨,馮玉清

1.一種單元結(jié)構(gòu)，包括：

光電二極管，被配置為耦接到電源電壓；

MOSCap，具有耦接到所述光電二極管的輸入節(jié)點(diǎn)；

復(fù)位開關(guān)，選擇性地耦接在MOSCap和復(fù)位電壓之間；以及

晶體管，耦接到所述MOSCap的輸入節(jié)點(diǎn)；

其中，在所述單元結(jié)構(gòu)的第一操作模式中，復(fù)位開關(guān)被配置為處于斷開狀態(tài)，并且，響應(yīng)于在所述輸入節(jié)點(diǎn)處的電壓小于閾值電壓，由入射到所述光電二極管上的光產(chǎn)生的電荷累積在所述MOSCap的所述輸入節(jié)點(diǎn)處；

其中，在所述單元結(jié)構(gòu)的第二操作模式中，所述復(fù)位開關(guān)被配置為處于所述斷開狀態(tài)，并且，響應(yīng)于在所述輸入節(jié)點(diǎn)處的所述電壓大于所述閾值電壓，由入射到所述光電二極管上的光產(chǎn)生的電荷累積在所述MOSCap上。

2.如權(quán)利要求1所述的單元結(jié)構(gòu)，還包括：

輸出；以及

輸出開關(guān)，選擇性地耦接在所述晶體管和所述輸出之間；

其中，在所述單元結(jié)構(gòu)的第三操作模式中，所述輸出開關(guān)被配置為將所述輸出耦接到所述晶體管，所述復(fù)位開關(guān)被配置為處于斷開狀態(tài)，與在所述MOSCap的輸入節(jié)點(diǎn)處累積的電荷對(duì)應(yīng)的高靈敏度信號(hào)被提供給所述輸出。

3.如權(quán)利要求2所述的單元結(jié)構(gòu)，其中，在所述單元結(jié)構(gòu)的第四操作模式中，所述輸出開關(guān)被配置為將所述輸出耦接到所述晶體管，所述復(fù)位開關(guān)被配置為處于斷開狀態(tài)，與在所述MOSCap上累積的電荷對(duì)應(yīng)的低靈敏度信號(hào)被提供給所述輸出。

4.如權(quán)利要求3所述的單元結(jié)構(gòu)，還包括MOSCap柵極偏置控制模塊，其耦接到所述MOSCap并且配置為向所述MOSCap提供MOSCap柵極偏置電壓信號(hào)以控制所述閾值電壓的電平。

5.如權(quán)利要求3所述的單元結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)位開關(guān)是晶體管。

6.如權(quán)利要求5所述的單元結(jié)構(gòu)，還包括復(fù)位開關(guān)柵極偏置控制模塊，其耦接到所述復(fù)位開關(guān)并且配置為向所述復(fù)位開關(guān)提供復(fù)位開關(guān)柵極偏置電壓信號(hào)以控制所述復(fù)位開關(guān)的操作狀態(tài)。

7.如權(quán)利要求3所述的單元結(jié)構(gòu)，其中，在所述單元結(jié)構(gòu)的第五操作模式中，所述復(fù)位開關(guān)被配置為將所述MOSCap耦接到復(fù)位電壓，并且累積在所述MOSCap上的電荷被放電。

8.一種用于操作單元結(jié)構(gòu)的方法，所述單元結(jié)構(gòu)包括：光電二極管；MOSCap，具有耦接到所述光電二極管的輸入節(jié)點(diǎn)；復(fù)位開關(guān)，選擇性地耦接在所述MOSCap和復(fù)位電壓之間；晶體管，耦接到所述輸入節(jié)點(diǎn)；以及輸出開關(guān)，選擇性地耦接在所述晶體管和輸出之間；所述方法包括：

將所述復(fù)位開關(guān)配置為斷開狀態(tài)以用于所述單元結(jié)構(gòu)的第一操作模式和第二操作模式；

將所述輸出開關(guān)配置為斷開狀態(tài)以用于所述第一操作模式和所述第二操作模式；

響應(yīng)于入射到所述光電二極管上的光產(chǎn)生電荷；

在所述第一操作模式中響應(yīng)于所述輸入節(jié)點(diǎn)處的電壓小于閾值電壓，在所述MOSCap的輸入節(jié)點(diǎn)處存儲(chǔ)電荷；以及

在所述第二操作模式中響應(yīng)于在所述輸入節(jié)點(diǎn)處的電壓大于所述閾值電壓，在所述MOSCap上存儲(chǔ)電荷。

9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括：

將所述復(fù)位開關(guān)配置為斷開狀態(tài)以用于所述單元結(jié)構(gòu)的第三操作模式；

使用所述輸出開關(guān)將所述輸出耦接到所述晶體管以用于所述第三操作模式；以及

在所述第三操作模式中，從所述輸出讀出存儲(chǔ)在所述MOSCap的輸入節(jié)點(diǎn)處的電荷作為高靈敏度信號(hào)。

10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括：

將所述復(fù)位開關(guān)配置為斷開狀態(tài)以用于所述單元結(jié)構(gòu)的第四操作模式；

使用所述輸出開關(guān)將所述輸出耦接到所述晶體管以用于所述第四操作模式；以及

在所述第四操作模式中，從所述輸出讀出存儲(chǔ)在所述MOSCap上的電荷作為低靈敏度信號(hào)。

11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括：

確定所述低靈敏度信號(hào)和所述高靈敏度信號(hào)中的哪一個(gè)信號(hào)準(zhǔn)確地表示入射到所述光電二極管上的光的強(qiáng)度；以及

利用所述低靈敏度信號(hào)和所述高靈敏度信號(hào)中的所述一個(gè)信號(hào)來生成圖像的像素。