[發(fā)明專利]具有多個光電二極管的高動態(tài)范圍成像像素

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110072227.7
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN113206963A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·S·約翰森
• 申請（專利權(quán)）人: 半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類號: H04N5/357
• 分類號: H04N5/357;H04N5/369;H04N5/378;H04N9/04;H01L27/146
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 劉倜

本發(fā)明題為“具有多個光電二極管的高動態(tài)范圍成像像素”。高動態(tài)范圍成像像素可包括響應(yīng)于入射光而生成電荷的第一光電二極管和第二光電二極管。該第二光電二極管可具有比該第一光電二極管高的靈敏度。當該第一光電二極管中生成的電荷超過給定電荷水平時，該電荷可通過晶體管溢出到電容器。從該第一光電二極管到該電容器的溢出路徑可任選地穿過該浮動擴散區(qū)。晶體管可耦接在該第一光電二極管和該第二光電二極管之間。增益選擇晶體管可耦接在該浮動擴散區(qū)和該電容器之間。在對溢出電荷進行采樣之后，可對來自第一光電二極管和第二光電二極管兩者的電荷進行采樣。在一種布置結(jié)構(gòu)中，溢出電荷可被轉(zhuǎn)移到后一行中的電容器。

背景技術(shù)

本發(fā)明整體涉及成像設(shè)備，并且更具體地，涉及具有高動態(tài)范圍成像像素的成像設(shè)備。

圖像傳感器常常在電子設(shè)備諸如移動電話、相機和計算機中用來捕獲圖像。在典型布置結(jié)構(gòu)中，圖像傳感器包括被布置成像素行和像素列的圖像像素陣列。可將電路耦接到每個像素列以從圖像像素讀出圖像信號。典型圖像像素包含用于響應(yīng)于入射光而生成電荷的光電二極管。圖像像素還可包括用于存儲在光電二極管中生成的電荷的電荷存儲區(qū)。圖像傳感器可使用全局快門方案或卷簾快門方案進行操作。

一些常規(guī)圖像傳感器或許能夠在高動態(tài)范圍(HDR)模式下工作。可在圖像傳感器中通過為交替的像素行分配不同的積分時間來實現(xiàn)HDR操作。然而，常規(guī)HDR圖像傳感器有時可經(jīng)歷低于所需分辨率、低于所需靈敏度、高于所需噪聲水平以及低于所需量子效率。

因此，希望能夠提供在圖像傳感器中改善的高動態(tài)范圍操作。

附圖說明

圖1是根據(jù)一個實施方案的具有圖像傳感器的示例性電子設(shè)備的示意圖。

圖2是根據(jù)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(guān)聯(lián)的讀出電路的示意圖。

圖3是根據(jù)一個實施方案的示例性成像像素的電路圖，該成像像素包括溢出電容器和具有不同靈敏度的已連接光電二極管。

圖4是根據(jù)一個實施方案的示出操作圖3的成像像素的示例性方法的時序圖。

圖5是根據(jù)一個實施方案的示例性成像像素的電路圖，該成像像素包括溢出電容器和與浮動擴散區(qū)相鄰的低靈敏度光電二極管。

圖6是根據(jù)一個實施方案的示出操作圖5的成像像素的示例性方法的時序圖。

圖7是根據(jù)一個實施方案的示例性成像像素的電路圖，該成像像素包括從先前行中的成像像素接收溢出電荷的溢出電容器。

圖8是根據(jù)一個實施方案的示出操作圖7的成像像素的示例性方法的時序圖。

具體實施方式

本發(fā)明的實施方案涉及圖像傳感器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，本發(fā)明的示例性實施方案可在不具有一些或所有這些具體細節(jié)的情況下實踐。在其他情況下，為了避免不必要地模糊本發(fā)明的實施方案，未詳細描述眾所周知的操作。

電子設(shè)備諸如數(shù)字相機、計算機、移動電話和其他電子設(shè)備可包括圖像傳感器，該圖像傳感器收集入射光以捕獲圖像。圖像傳感器可包括像素陣列。圖像傳感器中的像素可包括光敏元件，諸如將入射光轉(zhuǎn)換成圖像信號的光電二極管。圖像傳感器可具有任何數(shù)量(例如，數(shù)百或數(shù)千或更多)的像素。典型圖像傳感器可例如具有數(shù)十萬或數(shù)百萬像素(例如，數(shù)兆像素)。圖像傳感器可包括控制電路(諸如用于操作像素的電路)和用于讀出圖像信號的讀出電路，該圖像信號與光敏元件生成的電荷相對應(yīng)。

圖1是示例性成像和響應(yīng)系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括使用圖像傳感器捕獲圖像的成像系統(tǒng)。圖1的系統(tǒng)100可以是電子設(shè)備，諸如相機、蜂窩電話、視頻攝像機、或捕獲數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的其他電子設(shè)備，可以是車輛安全系統(tǒng)(例如，主動制動系統(tǒng)或其他車輛安全系統(tǒng))，可以是監(jiān)視系統(tǒng)，或者可以是任何其他期望類型的系統(tǒng)。。