[发明专利]具有多个光电二极管的高动态范围成像像素

说明书

本发明题为“具有多个光电二极管的高动态范围成像像素”。高动态范围成像像素可包括响应于入射光而生成电荷的第一光电二极管和第二光电二极管。该第二光电二极管可具有比该第一光电二极管高的灵敏度。当该第一光电二极管中生成的电荷超过给定电荷水平时，该电荷可通过晶体管溢出到电容器。从该第一光电二极管到该电容器的溢出路径可任选地穿过该浮动扩散区。晶体管可耦接在该第一光电二极管和该第二光电二极管之间。增益选择晶体管可耦接在该浮动扩散区和该电容器之间。在对溢出电荷进行采样之后，可对来自第一光电二极管和第二光电二极管两者的电荷进行采样。在一种布置结构中，溢出电荷可被转移到后一行中的电容器。

背景技术

本发明整体涉及成像设备，并且更具体地，涉及具有高动态范围成像像素的成像设备。

图像传感器常常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置结构中，图像传感器包括被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。可将电路耦接到每个像素列以从图像像素读出图像信号。典型图像像素包含用于响应于入射光而生成电荷的光电二极管。图像像素还可包括用于存储在光电二极管中生成的电荷的电荷存储区。图像传感器可使用全局快门方案或卷帘快门方案进行操作。

一些常规图像传感器或许能够在高动态范围(HDR)模式下工作。可在图像传感器中通过为交替的像素行分配不同的积分时间来实现HDR操作。然而，常规HDR图像传感器有时可经历低于所需分辨率、低于所需灵敏度、高于所需噪声水平以及低于所需量子效率。

因此，希望能够提供在图像传感器中改善的高动态范围操作。

附图说明

图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。

图2是根据实施方案的用于读出图像传感器中的图像信号的示例性像素阵列以及相关联的读出电路的示意图。

图3是根据一个实施方案的示例性成像像素的电路图，该成像像素包括溢出电容器和具有不同灵敏度的已连接光电二极管。

图4是根据一个实施方案的示出操作图3的成像像素的示例性方法的时序图。

图5是根据一个实施方案的示例性成像像素的电路图，该成像像素包括溢出电容器和与浮动扩散区相邻的低灵敏度光电二极管。

图6是根据一个实施方案的示出操作图5的成像像素的示例性方法的时序图。

图7是根据一个实施方案的示例性成像像素的电路图，该成像像素包括从先前行中的成像像素接收溢出电荷的溢出电容器。

图8是根据一个实施方案的示出操作图7的成像像素的示例性方法的时序图。

具体实施方式

本发明的实施方案涉及图像传感器。本领域的技术人员应当理解，本发明的示例性实施方案可在不具有一些或所有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本发明的实施方案，未详细描述众所周知的操作。

电子设备诸如数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换成图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如用于操作像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件生成的电荷相对应。

图1是示例性成像和响应系统的示意图，该系统包括使用图像传感器捕获图像的成像系统。图1的系统100可以是电子设备，诸如相机、蜂窝电话、视频摄像机、或捕获数字图像数据的其他电子设备，可以是车辆安全系统(例如，主动制动系统或其他车辆安全系统)，可以是监视系统，或者可以是任何其他期望类型的系统。。