[实用新型]成像像素和电子设备

说明书

本实用新型涉及成像像素和电子设备。提供一种图像传感器，所述图像传感器可包括一个或多个具有耦合栅极结构的像素，所述耦合栅极结构可从光电二极管选择性地路由溢出电荷以增大所述像素的动态范围。所述耦合栅极结构可包括两个、三个或四个晶体管。在所述像素中的电荷积聚期间，溢出电荷可从光电二极管传递到所述耦合栅极结构以被选择性地路由到多个路径中的一者。用于所述耦合栅极结构中所述晶体管的子集的控制信号的时序可以交替，使得在任何给定时间仅一个晶体管是激活的，用以将电荷传递到所述多个路径中的一者。根据所选择的路径，溢出电荷可被路由到像素电压源或所述像素中的一个或多个存储节点。像素还可包括双增益结构，所述双增益结构可提供额外的电荷存储容量。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年11月25日提交的Tomas Geurts、Richard Scott Johnson和Manuel Innocent发明名称为“Imaging Pixels Having Coupled Gate Structure”(具有耦合栅极结构的成像像素)的美国临时申请No.62/259822的优先权，该临时申请以引用方式并入本文并且特此要求其针对共同主题的优先权。

技术领域

本公开整体涉及成像传感器，并且更具体地讲，涉及具有包括耦合栅极结构以实现高动态范围成像的像素的成像传感器。

背景技术

在常规成像系统中，图像伪影可能由移动物体、移动或抖动相机、闪烁光照以及图像帧中具有变化照明的物体引起。此类伪影可包括例如物体的缺失部分、边缘颜色伪影和物体失真。具有变化照明的物体的例子包括发光二极管(LED)交通标志(其可每秒闪烁几百次)以及现代汽车的LED刹车灯或车头灯。

虽然电子卷帘快门和全局快门模式产生具有不同伪影的图像，但此类伪影的根本原因对于这两种操作模式是共同的。通常，图像传感器以相对于正被拍摄的场景异步的方式采集光。这意味着图像帧的各部分可能不会在帧持续时间的一部分内曝光。在积聚时间比所使用的帧时间短得多时，对于亮场景尤其是这种情况。当场景包括移动或快速变化的物体时，图像帧中不完全暴露于动态场景的区可导致物体失真、幻影效应和颜色伪影。当相机在图像拍摄操作期间移动或抖动时，可观察到类似效应。

常规成像系统还可能具有带有与低动态范围相关的伪影的图像。具有较亮部分和较暗部分的场景可在常规图像传感器中产生伪影，因为图像的各部分可能曝光过度或曝光不足。

实用新型内容

因此希望能够提供高动态范围(HDR)成像系统，以便在与移动物体、移动或抖动相机、闪烁照明及具有变化照明的物体相关的伪影最少的情况下拍摄图像。

一方面，提供一种电子设备，其特征在于包括：第一节点；第二节点；以及耦合栅极结构，所述耦合栅极结构包括：存储节点；阈值晶体管，所述阈值晶体管耦接在所述第一节点与所述存储节点之间；第一晶体管，所述第一晶体管耦接到所述存储节点；以及第二晶体管，所述第二晶体管耦接在所述存储节点与所述第二节点之间，其中所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极被配置为在电荷积聚周期期间接收交替时序信号，使得在所述电荷积聚周期期间，所述第一晶体管仅在所述第二晶体管不激活时激活，并且在所述电荷积聚周期期间，所述第二晶体管仅在所述第一晶体管不激活时激活。

根据上述方面的电子设备的一个单独实施例，其特征在于所述存储节点是能够完全耗尽的钉扎存储节点，其中所述第二节点是浮动扩散节点，并且其中所述电子设备还包括：光电二极管，其中所述第一节点耦接在所述光电二极管与所述阈值晶体管之间。

根据上述方面的电子设备的一个单独实施例，其特征在于所述第一晶体管耦接在所述存储节点与像素电压源之间，并且其中所述图像像素还包括：第三晶体管，所述第三晶体管耦接到所述存储节点；增益选择晶体管，所述增益选择晶体管耦接在所述第三晶体管与所述浮动扩散节点之间；以及电容器，所述电容器具有耦接到所述第三晶体管和所述增益选择晶体管的端子。