[发明专利]用于改善图像传感器的动态范围的方法和装置

说明书

技术领域

本发明大体涉及图像感测装置,且更具体地说,涉及改善CMOS图像传感器中的动态范围。

背景技术

图像传感器将可见光转换成电信号。图像传感器是由像素的阵列形成，每一像素将从光源接收的光转换成电信号。常规图像传感器主要用于数码相机中，且可属于两种类别中的一者：电荷耦合装置(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。图像传感器的许多应用需要比常规CMOS图像传感器所能实现的动态范围高的动态范围(即，较高的明度差别)。因此，需要改善图像传感器的动态范围。

发明内容

在一个方面中，本发明提供一种用于用图像感测装置感测图像的方法，所述图像感测装置包括具有多行像素的图像传感器，所述方法包括：对所述多行像素中的一行执行快门操作；在执行所述快门操作之后的预定持续时间之后对所述多行中的所述一行进行取样，所述预定持续时间不同于所述图像感测装置的行时间周期的倍数。

在另一方面中，本发明提供一种图像感测装置，其包括：具有多行像素的图像传感器；用于控制每一行像素的曝光的控制器，所述控制器经编程以：对所述多行像素中的一行执行快门操作；在执行所述快门操作之后的预定持续时间之后对所述多行中的所述一行进行取样，所述预定持续时间不同于所述图像感测装置的行时间周期的倍数。

附图说明

在结合附图阅读时可从以下详细描述最佳地理解本发明，在附图中，相同元件具有相同参考数字。当存在多个类似元件时，单一参考数字可指派给所述多个类似元件，小写字母标记指代特定元件。当共同提及所述元件或提及所述元件中的非特定的一者或一者以上时，可舍弃所述小写字母标记。根据常识，除非另外指出，否则图式的各种特征未按比例绘制。相反，各种特征的尺寸可能为了清楚起见而扩大或减小。图式中包含下图：

图1是根据本发明的方面的实例图像感测装置的图；

图2是说明根据本发明的方面的实例图像感测操作的时序图；以及

图3是根据本发明的方面的用于感测图像的实例方法的流程图。

具体实施方式

本文中所述的本发明的方面可用于多种电子装置中，所述电子装置包含例如数码相机。所揭示的装置和方法在图像传感器的动态范围方面实现改善。

图像传感器的动态范围取决于图像传感器的像素的最长积分时间(或曝光时间)与最短积分时间的比率。典型地，图像传感器的最长积分时间受到可用于帧中的行数的限制，且最短积分时间受到行时间周期的持续时间的限制。如本文所使用，术语“行时间周期”指代图像感测装置的快门速度(即，1/60秒)除以在帧中曝光的图像传感器的行数。本发明的方面涉及实施具有可变积分时间的图像传感器，所述可变积分时间可小于行时间周期。所揭示的装置和方法可由如本文将描述的具有共享和非共享像素阵列的图像传感器使用。

本文所揭示的实例实施例尤其适合结合互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器来使用。常规上，CMOS图像传感器在将像素曝光于光源期间执行“滚动快门”操作。在滚动快门操作中，图像传感器中的所有像素行并不同时曝光。而是，图像传感器中的所有像素行通过跨越图像传感器扫描快门操作而逐行依次曝光。尽管本文在CMOS图像传感器的情况下描述本发明的实例实施例，但所属领域的技术人员将理解，本发明不限于此。

现在参看图式，图1说明根据本发明的方面的实例图像感测装置100。图像感测装置100可为例如数码相机等电子装置。作为一般概述，图像感测装置100包含图像传感器120和控制器140。下文描述图像感测装置100的额外细节。

图像传感器120包含多行像素122。像素122将由图像传感器120接收的光转换成电信号。每一像素122包含光检测器、浮动扩散区、转移晶体管、复位晶体管，和行选择晶体管(所述晶体管中的每一者具有相应命名的栅极)。所述光检测器可包括例如钉扎半导体p-n结二极管(即，光电二极管)。简要地说，p-n结常用于检测光信号。p-n结典型地被反向偏置，从而在围绕p-n结的体积中产生耗尽区。由此，照射p-n结的光引起半导体材料的价带中的电子过渡到导带，从而在耗尽区中产生电洞-电子对，所述电洞-电子对在相反方向上被扫出耗尽区。结电位的由于耗尽区的崩溃而引起的改变被检测为指示由像素122吸收的光的强度的信号。本文稍后将更详细地描述像素122的进一步操作。

在一实例实施例中，图像传感器120为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。所属领域的技术人员将从本文的描述中理解此种图像传感器120的制造。