[发明专利]具有扩展动态范围的成像阵列

权利要求书

1.一种装置，包括连接到位线的多个像素传感器，每个像素传感器包括光电检测器，该光电检测器包括：

光电二极管；

浮动扩散节点；

缓冲器，其连接到所述浮动扩散节点，所述缓冲器产生像素输出信号，所述像素输出信号具有电压，该电压是所述浮动扩散节点上的电压的单调函数；

位线栅极，其响应于行选择信号而将所述像素输出信号连接到所述位线；

复位栅极，其响应于复位信号而将所述浮动扩散节点连接到第一复位电压源；

第一传输栅极，其响应于第一传输信号而将所述光电二极管连接到所述浮动扩散节点；

溢流电容器，其通过第二传输栅极而连接到所述浮动扩散节点，该第二传输栅极响应于第二传输信号而将所述溢流电容器连接到所述浮动扩散节点；和

溢流传输栅极，其响应于溢流传输栅极信号而将所述光电二极管连接到所述溢流电容器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述光电二极管产生的电荷超过溢流阈值时，所述溢流传输栅极信号被调节到使电荷流到所述溢流电容器而不是所述浮动扩散节点的水平。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲器包括源极跟随器，其具有连接到所述浮动扩散节点的栅极。

4.如权利要求1所述的装置，还包括控制器，其产生所述第一和第二采样信号、所述复位信号、所述第一和第二传输信号、以及所述溢流传输栅极信号。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器使每个所述像素传感器中的所述光电二极管和所述溢流电容器复位到复位电压。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器将所述光电二极管与每个所述像素传感器中的所述浮动扩散节点隔离，使得由照射所述光电二极管的光产生的光电荷首先累积在所述光电二极管上，直到所述光电二极管达到存储的光电荷的预定水平，超过该预定水平的任何过量光电荷存储在所述溢流电容器上。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器在每个所述像素传感器的曝光时段之后确定存储在所述溢流电容器上的第一光电荷和存储在所述光电二极管上的第二光电荷，所述控制器将所述第一和第二光电荷组合到一起以提供对曝光期间每个像素传感器接收光量的测量值。

8.一种操作包括多个像素传感器的成像阵列的方法，每个像素传感器包括光电二极管，所述光电二极管测量在曝光期间入射在所述像素传感器中的所述光电二极管上的光的强度，所述光电二极管的特征在于具有在曝光期间能够存储在每个光电二极管中的最大光电荷，所述方法包括：

在每个所述像素传感器中提供溢流路径，所述溢流路径收集超过所述最大光电荷的光电荷；

测量在所述曝光期间通过所述溢流路径的所述收集的电荷，并测量在所述曝光之后存储在所述光电二极管上的所述光电荷；和

在所述曝光之后将所述测量的收集的电荷与存储在所述光电二极管上的所述光电荷组合到一起，从而得到对应于所述像素传感器的所述曝光的像素强度的测量值。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，对每个所述像素传感器中的所述溢流路径的测量包括每个所述像素传感器中的电容器，所述电容器在所述曝光之前已被预充电到复位电压，并且通过溢流栅极连接到所述光电二极管，当所述光电二极管上的电压小于阈值时该溢流栅极通过电荷，并且其中在所述曝光之后对所述收集的电荷的测量包括在所述曝光之后对所述电容器上的电压的测量。