[發明專利]圖像傳感器及其操作方法

有效

• 申請號: 201910513133.1
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110611773B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: G·鮑爾斯;樋爪幸二
• 申請（專利權）人: 半導體元件工業有限責任公司
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/378
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 劉倜

本發明題為“具有多重曝光的高動態范圍成像像素”。本發明公開了圖像傳感器，所述圖像傳感器可具有高動態范圍(HDR)功能。為了實現所述高動態范圍功能，所述圖像傳感器可使用多重曝光成像。在多重曝光成像中，用圖像傳感器在不同的曝光時間捕獲多個圖像，并且之后將這些圖像組合成單個高動態范圍圖像。來自多重曝光成像方案中的一重或多重曝光的圖像數據可用于確定后續曝光將不會產生有用信息。為了節省所述圖像傳感器中的功率，可在確定不會產生有用信息的所述曝光的讀出期間禁用某些讀出電路，諸如模數轉換器電路和列存儲器。

技術領域

本發明整體涉及成像設備，并且更具體地講，涉及高動態范圍成像傳感器像素。

背景技術

圖像傳感器常在電子設備，諸如移動電話、相機和計算機中用來捕獲圖像。在典型布置中，電子設備設置有被布置成像素行和像素列的圖像像素陣列。陣列中的每個圖像像素包括經由轉移柵極耦接到浮動擴散區的光電二極管。將列電路耦接到每個像素列以用于讀出來自圖像像素的像素信號。列電路通常實現相關雙采樣(CDS)過程，該過程涉及通過計算在重置操作期間采樣的重置信號與在電荷轉移操作之后采樣的圖像信號之間的差異來獲得像素信號。

圖像傳感器具有相關聯的動態范圍，該動態范圍被表示為圖像傳感器的最大可能亮度值和最小可能亮度值的比率。圖像傳感器通常配備有高動態范圍(HDR)功能，其中圖像傳感器以超出本來使用沒有HDR功能的圖像傳感器的情況下可實現的動態范圍的擴展動態范圍捕獲圖像。最常見的HDR技術之一是多重曝光成像。在多重曝光成像中，用圖像傳感器在不同的曝光時間捕獲多個圖像，并且之后將這些圖像組合成單個高動態范圍圖像。然而，如果不注意，執行HDR成像可不期望地消耗大量功率，并且可由于來自高功耗的暗電流增加而導致增加的傳感器噪聲水平。

因此期望為圖像傳感器提供改善的高動態范圍成像技術。

發明內容

根據本公開一個方面，提供了一種圖像傳感器，包括：像素陣列，所述像素陣列包括成像像素的行和列，其中所述成像像素被配置成使用至少第一曝光和第二曝光來捕獲圖像幀中的圖像數據；讀出電路，所述讀出電路耦接到所述像素陣列，其中所述讀出電路被配置成對于每一曝光，從所述像素陣列讀取模擬圖像數據，將所述模擬圖像數據轉換成數字圖像數據，并輸出所述數字圖像數據；和控制電路，所述控制電路被配置成接收與所述第一曝光相關聯的數字圖像數據，并基于與所述第一曝光相關聯的所述數字圖像數據在所述第二曝光的讀出期間選擇性地禁用所述讀出電路。

根據本公開另一方面，提供了一種操作具有多個成像像素的圖像傳感器的方法，包括：獲得曝光中所述多個成像像素中的至少一個成像像素的圖像數據；將所述至少一個成像像素的所述圖像數據與閾值進行比較；以及基于所述至少一個成像像素的所述圖像數據與所述閾值之間的所述比較，針對至少一重后續曝光禁用與所述至少一個成像像素相關聯的讀出電路。

根據本公開另一方面，提供了一種操作圖像傳感器的方法，所述圖像傳感器包括成像像素陣列、耦接到所述成像像素陣列的讀出電路和控制電路，所述方法包括：使用所述成像像素陣列中的至少一個成像像素在第一圖像幀的第一曝光時間期間捕獲第一圖像數據；使用所述讀出電路從所述至少一個成像像素讀出所述第一圖像數據；使用所述至少一個成像像素在所述第一圖像幀的第二曝光時間期間捕獲第二圖像數據，其中所述第二曝光時間不同于所述第一曝光時間；使用所述讀出電路從所述至少一個成像像素讀出所述第二圖像數據；以及使用所述控制電路，基于所述第一圖像數據，在所述讀出電路從所述至少一個成像像素讀出所述第二圖像數據的同時，選擇性地禁用所述讀出電路。

附圖說明

圖1是根據一個實施方案的具有圖像傳感器的示例性電子設備的示意圖。

圖2是根據一個實施方案的用于讀出圖像傳感器中的圖像信號的示例性像素陣列以及相關聯的讀出電路的示意圖。

圖3是根據一個實施方案的具有用于選擇性地禁用讀出電路的功率控制電路的示例性圖像傳感器的示意圖。