[發明專利]高動態范圍CMOS圖像傳感器設計

有效

• 申請號: 202110569734.1
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113810635B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 代鐵軍;馬渕圭司;高哲
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/3745;H04N5/378;H04N5/225;H04N5/335
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本申請案涉及高動態范圍CMOS圖像傳感器設計。一種像素單元包含第一子像素及多個第二子像素。每一子像素包含光電二極管以響應于入射光而光生圖像電荷。圖像電荷通過第一轉移晶體管從所述第一子像素轉移到浮動擴散部。圖像電荷通過多個第二轉移晶體管從所述多個第二子像素轉移到所述浮動擴散部。衰減層安置在所述第一子像素上方。所述第一子像素通過所述衰減層接收所述入射光。所述多個第二子像素在不行進通過所述衰減層的情況下接收所述入射光。雙浮動擴散部DFD晶體管耦合到所述浮動擴散部。電容器耦合到所述DFD晶體管。

技術領域

本公開大體上涉及圖像傳感器，且特定來說(但非排他性地)，涉及高動態范圍(HDR)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。

背景技術

圖像傳感器已經變得無處不在，并且現在被廣泛用在數碼相機、蜂窩電話、監控攝像機以及醫療、汽車及其它應用中。隨著圖像傳感器被集成到更廣泛范圍的電子裝置中，期望通過兩種裝置架構設計以及圖像獲取處理以盡可能多的方式(例如，分辨率、功耗、動態范圍等)來增強其功能性、性能指標及類似者。

典型圖像傳感器響應于來自外部場景的圖像光入射到圖像傳感器上而操作。圖像傳感器包含具有光敏元件(例如，光電二極管)的像素陣列，其吸收入射圖像光的一部分并且在吸收圖像光之后產生圖像電荷。由像素光生的圖像電荷光可測量為列位線上的依據入射圖像光而變化的模擬輸出圖像信號。換句話說，所產生的圖像電荷量與圖像光的強度成比例，所述圖像光作為模擬信號從列位線讀出并轉換為數字值以產生表示外部場景的數字圖像(即，圖像數據)。

標準圖像傳感器具有大約60dB到70dB的有限動態范圍。然而，現實世界的照明度動態范圍要大得多。例如，自然場景通常跨越90dB及以上的范圍。為同時捕獲明亮高光及暗淡陰影中的細節，高動態范圍(“HDR”)技術已用于圖像傳感器中以增加所捕獲的動態范圍。用于增大動態范圍的一種常見技術是將使用標準(低動態范圍)圖像傳感器以不同曝光設置捕獲的多個曝光合并成單個線性HDR圖像，這產生比單個曝光圖像大得多的動態范圍圖像。

發明內容

根據本申請案的一方面，提供一種像素單元。所述像素單元包括：多個子像素，其中所述多個子像素中的每一者包含經配置以響應于入射光而光生圖像電荷的光電二極管，其中所述多個子像素包含第一子像素及多個第二子像素；浮動擴散部，其經耦合以從所述多個子像素接收所述圖像電荷；多個轉移晶體管，其包含第一轉移晶體管及多個第二晶體管，其中所述圖像電荷經耦合以通過第一轉移晶體管從所述第一子像素轉移到所述浮動擴散部，其中所述圖像電荷經耦合以通過所述多個第二轉移晶體管從所述多個第二子像素轉移到所述浮動擴散部；衰減層，其安置在所述第一子像素上方，其中所述第一子像素經光學耦合以通過所述衰減層接收所述入射光，其中所述多個第二子像素經光學耦合以在不行進通過所述衰減層的情況下接收所述入射光；雙浮動擴散部(DFD)晶體管，其耦合到所述浮動擴散部；及電容器，其耦合到所述DFD晶體管。

根據本申請案的另一方面，提供一種成像系統。所述成像系統包括：像素陣列，其包含布置成行及列的多個像素單元，其中所述像素單元中的每一者經耦合以響應于入射光而產生圖像數據信號，其中所述像素單元中的每一者包括：多個子像素，其中所述多個子像素中的每一者包含經配置以響應于入射光而光生圖像電荷的光電二極管，其中所述多個子像素包含第一子像素及多個第二子像素；浮動擴散部，其經耦合以從所述多個子像素接收所述圖像電荷；多個轉移晶體管，其包含第一轉移晶體管及多個第二晶體管，其中所述圖像電荷經耦合以通過第一轉移晶體管從所述第一子像素轉移到所述浮動擴散部，其中所述圖像電荷經耦合以通過所述多個第二轉移晶體管從所述多個第二子像素轉移到所述浮動擴散部；中性密度濾光片，其覆蓋在所述第一子像素上方，其中所述第一子像素經光學耦合以通過所述中性密度濾光片接收所述入射光，其中所述多個第二子像素不被所述中性密度濾光片覆蓋；雙浮動擴散部(DFD)晶體管，其耦合到所述浮動擴散部；及橫向溢流集成電容器(LOFIC)，其耦合到所述DFD晶體管；控制電路系統，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；及讀出電路系統，其耦合到所述像素陣列以通過位線從所述像素陣列讀出圖像數據。

附圖說明