[發(fā)明專利]具有高動態(tài)范圍的圖像傳感器和生成圖像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710288779.5
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN108616704B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設計）人: P·馬林格;F·拉蘭尼
• 申請（專利權）人: 意法半導體（克洛爾2）公司
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H01L27/146
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;董典紅

本申請涉及具有高動態(tài)范圍的圖像傳感器。一種光電二極管響應于暴露于光中而生成光生電荷。積分周期收集這些光生電荷。超過溢出閾值的所收集光生電荷被傳遞至溢出感測節(jié)點。剩余的所收集光生電荷被傳遞至感測節(jié)點。從該溢出感測節(jié)點中讀取表示這些溢出光生電荷的第一信號。從該感測節(jié)點中讀取表示這些剩余光生電荷的第二信號。

技術領域

本發(fā)明涉及圖像傳感器，并且具體地，涉及具有高動態(tài)范圍的圖像傳感器。

背景技術

參照圖1，該圖示出了常規(guī)圖像傳感器像素10的電路圖。像素 10包括光電二極管12，該光電二極管具有耦合至第一電源電壓節(jié)點 (V_襯底；即，襯底電壓，例如，地電勢)14的陽極以及耦合至電荷收集節(jié)點16的陰極。光電二極管12可以例如屬于引腳式光電二極管類型。n溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)18(被稱為抗暈光晶體管)具有耦合至電荷收集節(jié)點16的源極端子以及耦合至第二電源電壓節(jié)點(Vrt；即，像素參考電壓)20的漏極端子。耦合抗暈光晶體管18的柵極端子以便接收抗暈光晶體管控制信號 (Cab)。n溝道MOSFET 22(被稱為傳輸門晶體管)具有耦合至電荷收集節(jié)點16的源極端子以及耦合至感測節(jié)點24的漏極端子。耦合傳輸門晶體管22的柵極端子以便接收傳輸門控制信號(Ctg)。感測節(jié)點24在本領域中也被稱為浮動擴散節(jié)點并且具有相關聯(lián)的寄生電容。n溝道MOSFET 26(被稱為復位晶體管)具有耦合至第三電源電壓節(jié)點(Vrst；即，像素復位電壓)28的漏極端子和耦合至感測節(jié)點24的源極端子。電壓Vrt和Vrst根據應用而可以或可以不處于相同電壓電勢。耦合復位晶體管26的柵極端子以便接收復位控制信號(Crst)。n溝道MOSFET 30具有耦合至感測節(jié)點24的柵極端子。晶體管30起源極跟隨器晶體管的作用。源極跟隨器晶體管30 的漏極端子耦合至第二電源電壓節(jié)點(Vrt)20，而源極端子耦合至中間(讀取)節(jié)點32。中間節(jié)點32處的電壓跟隨感測節(jié)點24處的電壓。n溝道MOSFET 34(被稱為讀取晶體管)具有耦合至中間節(jié)點32的漏極端子和耦合至輸出線路(VX)36的源極節(jié)點。耦合讀取晶體管34的柵極端子以便接收讀取控制信號(Crd)。在像素電路10是像素陣列的一部分的實施例中，輸出線路(VX)可由陣列的列中的多個像素共享。

現在另外地參照圖2。對像素10的操作如下：首先將像素10置于復位模式。抗暈光晶體管控制信號(Cab)被斷言接通抗暈光晶體管18(參考號70)并對光電二極管12進行復位。復位控制信號(Crst) 也被斷言接通復位晶體管26(參考號72)并對感測節(jié)點24進行復位。然后，像素10進入積分階段。復位控制信號(Crst)被解除斷言提高相應勢壘(參考號74)。由光電二極管12接收光40，并且在電荷收集節(jié)點16處的電荷收集區(qū)域中產生(參考號76)光生電荷。如果光40很強，或者積分時間段太長，則可能產生使電荷收集節(jié)點 16處的陰極電勢下降到光電二極管12的陽極電勢以下的過量光生電荷。在這種情況下，光電二極管12變得被正向偏置，并且過量電荷將溢出到相鄰像素中。這種效應在本領域中被稱為“暈光”。為了解決此問題，抗暈光二極管控制信號(Cab)被設置為將稍微減小抗暈光晶體管18所呈現的勢壘的電壓電平(參考號78)。在這種配置中，過量光生電荷相反傳遞(參考號80)至抗暈光晶體管18的漏極端子。在積分階段結束時，像素10進入電荷轉移階段。抗暈光晶體管控制信號(Cab)被解除斷言提高相應勢壘(參考號82)。傳輸門控制信號(Ctg)被斷言降低相應勢壘(參考號84)，并且光生電荷由傳輸門晶體管22傳遞至感測節(jié)點24(參考號86)。像素10現在進入讀出階段。感測節(jié)點24上的電壓電勢經由源極跟隨器晶體管 30轉移至中間(讀取)節(jié)點32。讀取控制信號(Crd)被斷言接通讀取晶體管34并將中間節(jié)點32處的電壓轉移至輸出線路(VX)36 (參考號88)。

以以上所描述的方式來進行的對像素10的操作可能對動態(tài)范圍具有不利影響。雖然抗暈光電路和操作用于解決與暈光有關的問題，但是通過抗暈光晶體管18排出到電流節(jié)點20中的光生電荷丟失并且根本不貢獻于讀出到輸出線路(VX)36中的信號。

發(fā)明內容