[发明专利]具有可控转换增益的图像传感器

说明书

一种图像传感器，包括：像素，其包括将入射光转换为电信号的光电转换元件、调节在其处存储与电信号相对应的电荷的浮动扩散(FD)节点的电容的开关、以及基于FD节点将输出电压输出的读出电路。A/D转换器可以分别在第一时间和第二时间对通过输出线从读出电路传输的输出电压进行采样，并且基于它们之间的差来生成数字代码。转换增益控制器可以通过在第一时间和第二时间之间的第三时间将通过输出线从读出电路传输的输出电压与阈值电压进行比较来生成转换增益控制信号，并且将转换增益控制信号提供给开关以设置像素的转换增益。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0163920的优先权，其公开通过引用而整体并入本文。

技术领域

本文描述的实施例涉及图像传感器，并且更具体地，涉及宽动态范围图像传感器。

背景技术

图像传感器将光学图像转换为电信号。随着当今计算和电信的进步，在诸如数字相机、摄像机、智能手机、个人通信系统(Personal Communication System，PCS)、游戏控制台、安全相机、医用微型相机等等的各种电子设备中对高性能图像传感器的需求与日俱增。

图像传感器像素的转换增益通常可以被定义为随着像素的光电检测元件对电荷单位的吸收而在输出电压中发生的改变。图像传感器像素的转换增益可以简单地理解为像素灵敏度的度量。因此，当像素具有高转换增益时，其输出图像数据对由图像数据表示的入射光中的改变更敏感，反之亦然。

如果图像传感器产生具有过亮或过暗的区域的图像，则由图像表示的场景内的信息可能是不可感知的。通常，高动态范围(High Dynamic Range，HDR)或宽动态范围图像传感器产生在帧上具有高动态范围的图像数据，这改善了过亮或过暗区域中的图像质量。在具有黑暗区域和明亮区域的单个帧中，明亮区域中的期望图像质量可以通过在明亮区域的像素内设置低转换增益而获得。相反，黑暗区域中的期望图像质量可以通过在黑暗区域的像素内设置高转换增益而获得。具有分别为明亮区域和黑暗区域中的像素不同地设置转换增益的这样的能力的图像传感器有时被称为双转换增益图像传感器。

发明内容

本发明构思的实施例提供了一种图像传感器，其中该图像传感器动态设置像素的转换增益，以在短响应时间内实现宽动态范围。

图像传感器的实施例可以通过避免在测量像素的高照度(illuminance)条件或低照度条件之后的重复测量或曝光来表现出短响应时间。

根据示例性实施例，图像传感器可以包括：像素，其包括将入射光转换为电信号的光电转换元件、调节在其处存储与电信号相对应的电荷的浮动扩散(Floating Diffusion，FD)节点的电容的开关、以及基于FD节点将输出电压输出的读出电路；模数转换器，其分别在第一时间和第二时间对通过输出线从读出电路传输的输出电压进行采样，并且基于第一时间的输出电压和第二时间的输出电压之间的差来生成数字代码；以及转换增益控制器，其通过在第一时间和第二时间之间的第三时间将通过输出线从读出电路传输的输出电压与阈值电压进行比较来生成转换增益控制信号，并且将转换增益控制信号提供给开关以设置像素的转换增益。

根据示例性实施例，图像传感器可以包括：像素，其包括将入射光转换为电信号的光电转换元件、调节在其处存储与电信号相对应的电荷的浮动扩散(FD)节点的电容的开关、以及基于FD节点将输出电压输出的读出电路；转换增益控制器，其通过将通过输出线从读出电路传输的输出电压与阈值电压进行比较来生成转换增益控制信号，并且通过与输出线平行放置的转换增益控制线将转换增益控制信号提供给开关；以及模数转换器，基于在使用由像素、输出线、转换增益控制器和转换增益控制线定义的反馈回路确定并设置像素的转换增益之前的输出电压和在使用该反馈回路确定并设置像素的转换增益之后的输出电压之间的差来生成数字代码。