[實用新型]高動態范圍背照式電荷域相關雙采樣全局圖像傳感器像素

有效

• 申請號: 201920764785.8
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN210469538U
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 葛光;吳憲嶺
• 申請（專利權）人: 上海礪芯微電子有限公司
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/378
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 李丹

本實用新型公開了一種高動態范圍背照式電荷域相關雙采樣全局快門圖像傳感器像素，包括：用于感測光信號生成電荷的光電二極管，用于暫時存儲光電二極管中產生的電荷的第一電荷存儲單元、第二電荷存儲單元和第三電荷存儲單元，用于同步電荷存儲單元中存儲的電荷的數量的改變量的輔助電荷存儲單元。本實用新型通過增加設計輔助電荷存儲單元，使得該輔助電荷存儲單元里面存儲的電荷的數量的改變量同電荷存儲單元里面存儲的電荷的數量的改變量相當，兩個改變量相減的結果體現了從感光區域轉移至電荷存儲單元中的電荷的實際數量。通過該方式，可有效提高傳感器的全局快門效率。

技術領域

本實用新型涉及圖像成像技術，尤其涉及一種高動態范圍背照式電荷域相關雙采樣全局圖像傳感器像素。

背景技術

圖像傳感器在消費、工業、汽車等領域有廣泛應用。全局快門(GS)圖像傳感器的所有像素在成像時同時開始和結束感光，可以獲得高清晰度、低畸變的圖像，一般應用于對移動物體拍攝。高動態范圍(HDR)圖像傳感器的像素能夠在很大的光強度范圍成像而不至于使輸出信號因為飽和而失真，一般應用于室外等光照條件復雜的場景下的拍攝。

提高全局快門圖像傳感器的動態范圍的一種方式是，在像素內設置多個電荷存儲單元。曝光時，光生電荷以一定比例存儲于不同的電荷存儲單元中；讀出時，各電荷存儲單元中的電荷信息被依次讀出。后端的數字信號處理電路可以基于這些讀出信號產生高動態范圍圖像。這種高動態范圍成像方式能夠有效減小重影效果(GhostEffect)，因為只需要單次曝光而不是前后多次曝光就可以產生高動態范圍圖像。

提高圖像傳感器的成像質量可以通過提高像素的感光能力和降低像素的讀出噪聲來實現。一種提高像素感光能力的方式是使用背照式(BSI)技術，即使入射光從芯片的背面照射進芯片的感光區域。

一種降低像素的讀出噪聲的方式是使用電荷域相關雙采樣技術，即在像素內的電荷存儲單元中暫時存儲感光區域中產生的光生電荷，通過像素和像素外的相關雙采樣(CDS)電路協同工作，利用電荷的完全轉移來消除像素的復位噪聲。

對于全局快門圖像傳感器而言，全局快門效率(GSE)衡量一段時間里感光區域中產生的電荷的數量同電荷存儲單元由于自身感光性而產生的電荷的數量的比例。同時使用上述背照式技術和電荷域相關雙采樣技術，會導致傳感器的全局快門效率過低：即使進行了某種光學屏蔽，從背面照射進芯片的入射光依然會不可避免地照射到電荷存儲單元中。這樣，在等待電荷被讀出的一段時間里，電荷存儲單元里面存儲的電荷數量會因為其自身的感光性而改變，引入讀出誤差，降低傳感器的全局快門效率。

過低的全局快門效率限制了上述背照式技術和電荷域相關雙采樣技術的結合，進而也限制了全局快門圖像傳感器的成像質量。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種高動態范圍背照式電荷域相關雙采樣全局圖像傳感器像素。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種高動態范圍背照式電荷域相關雙采樣全局圖像傳感器像素，包括：

用于感測光信號生成電荷的光電二極管，用于暫時存儲光電二極管中產生的電荷的第一電荷存儲單元、第二電荷存儲單元和第三電荷存儲單元，用于同步電荷存儲單元中存儲的電荷的數量在等待讀出過程中的改變量的輔助電荷存儲單元。

按上述方案，所述圖像傳感器像素還包括浮置擴散區。

按上述方案，所述圖像傳感器像素還包括用于將生成電荷從光電二極管轉移至電荷存儲單元的傳輸晶體管。

按上述方案，所述圖像傳感器像素還包括用于控制電荷從電荷存儲單元及輔助電荷存儲單元往浮置擴散區轉移的傳輸晶體管。

按上述方案，所述圖像傳感器像素中電荷存儲單元和輔助電荷存儲單元為同時具備電荷存儲和電荷轉移控制功能的電荷存儲單元。