[发明专利]高动态范围图像传感器

说明书

本申请案涉及高动态范围图像传感器。用于高动态范围HDR图像传感器中的像素电路包含安置在第一半导体晶片中的光电二极管及浮动扩散部。转移晶体管安置在所述第一半导体晶片中且经调适以接通从而将所述光电二极管中光产生的电荷载子转移到所述浮动扩散部。像素内电容器安置在第二半导体晶片中。所述第一半导体晶片与所述第二半导体晶片堆叠且耦合到所述第二半导体晶片。双浮动扩散DFD晶体管安置在所述第一半导体晶片中。所述像素内电容器通过所述DFD晶体管选择性地耦合到所述浮动扩散部。所述浮动扩散部响应于所述像素内电容器耦合到所述浮动扩散部而设定为低转换增益，且响应于所述像素内电容器从所述浮动扩散部解耦而设定为高转换增益。

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器，且更具体来说，本发明涉及高动态范围图像传感器。

背景技术

标准图像传感器具有约60到70dB的有限动态范围。但是，真实世界的亮度动态范围大得多。自然场景的范围通常跨90dB及以上。为了同时捕获高光和阴影，已经在图像传感器中使用HDR技术来增大捕获的动态范围。增大动态范围的最常用技术是将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个线性HDR图像，其具有远大于单个曝光图像的动态范围。

最常见的HDR传感器解决方案之一将是在一个单个图像传感器上进行多次曝光。在不同曝光积分时间或不同灵敏度(例如通过插入中性密度滤波器)的情况下，一个图像传感器在单个图像传感器中可具有2、3、4甚至更多次不同的曝光。使用此HDR图像传感器，在单次拍摄中可获得多个曝光图像。但是，与正常全分辨率图像传感器相比，使用此HDR传感器使总体图像分辨率降低。例如，对于将4个不同曝光组合在一个图像传感器中的HDR传感器，每个HDR图像将仅为全分辨率图像的四分之一分辨率图像。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种用于高动态范围(HDR)图像传感器中的像素电路。所述用于高动态范围(HDR)图像传感器中的像素电路包括：光电二极管，其安置在第一半导体晶片中，所述光电二极管经调适以在所述HDR图像传感器的单个图像捕获的单次曝光期间响应于入射光而光产生电荷载子；浮动扩散部，其安置在所述第一半导体晶片中，且经耦合以接收所述光电二极管中光产生的所述电荷载子；转移晶体管，其安置在所述第一半导体晶片中且耦合在所述光电二极管与所述浮动扩散部之间，其中所述转移晶体管经调适以接通从而将所述光电二极管中光产生的所述电荷载子转移到所述浮动扩散部；像素内电容器，其安置在第二半导体晶片中，其中所述第一半导体晶片与所述第二半导体晶片堆叠且耦合到所述第二半导体晶片；及双浮动扩散(DFD)晶体管，其安置在所述第一半导体晶片中且经耦合在所述浮动扩散部与所述像素内电容器之间，其中所述像素内电容器通过所述DFD晶体管选择性地耦合到所述浮动扩散部，其中所述浮动扩散部响应于所述像素内电容器经耦合到所述浮动扩散部而设定为低转换增益，且其中所述浮动扩散部响应于所述像素内电容器从所述浮动扩散部解耦而设定为高转换增益。