[发明专利]用于图像传感器中的读出电路和成像系统

说明书

本申请案涉及高动态范围高速CMOS图像传感器设计。一种用于图像传感器的读出电路包含耦合到与像素阵列耦合的位线的第一采样及保持SH电路。第二SH电路耦合到所述位线。旁路开关耦合到所述位线、所述第一SH电路及所述第二SH电路。模/数转换器ADC耦合到所述旁路开关。所述旁路开关经配置以响应于开关选择信号通过所述位线，或通过所述第一SH电路或所述第二SH电路中的一者将来自所述像素阵列的图像电荷值提供到所述ADC。

技术领域

本公开大体上涉及图像传感器，且特定来说(但非排他性地)涉及高动态范围(HDR)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

背景技术

图像传感器已经变得无处不在，并且现在被广泛用在数字照相机、蜂窝电话、安全照相机以及医疗、汽车及其它应用中。随着图像传感器被集成到更广泛范围的电子装置中，期望通过两种装置架构设计以及图像获取处理以尽可能多的方式(例如，分辨率、功耗、动态范围等)来增强其功能性、性能指标及类似者。

典型图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射到图像传感器上而操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，光敏元件吸收入射图像光的一部分并且在吸收图像光之后产生图像电荷。由像素光产生的图像电荷光可测量为列位线上的模拟输出图像信号，所述图像信号随着入射图像光变化。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，所述图像光作为模拟信号从列位线读出并转换为数字值以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

标准图像传感器具有约60dB到70dB的有限动态范围。然而，现实世界的照明度动态范围要大得多。例如，自然场景通常跨越90dB及更大的范围。为同时捕获明亮高光及暗淡阴影中的细节，高动态范围(“HDR”)技术已用于图像传感器以增加所捕获动态范围。增加动态范围的一种常见技术是将使用标准(低动态范围)图像传感器将用不同曝光设置捕获的多个曝光合并成单个线性HDR图像，这产生比单个曝光图像大得多的动态范围图像。

发明内容

本公开的一个实施例提供一种用于图像传感器中的读出电路，其包括：第一采样及保持(SH)电路，其耦合到与像素阵列耦合的位线；第二SH电路，其耦合到所述位线；旁路开关，其耦合到所述位线、所述第一SH电路及所述第二SH电路；及模/数转换器(ADC)，其耦合到所述旁路开关，其中所述旁路开关经配置以响应于开关选择信号，通过所述位线，或通过所述第一SH电路或所述第二SH电路中的一者，将来自所述像素阵列的图像电荷值提供到所述ADC。

本公开的另一实施例提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含布置成行及列的多个像素单元，其中所述像素单元中的每一者经耦合以响应于入射光产生图像电荷；控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出所述图像电荷，其中所述读出电路包含：第一采样及保持(SH)电路，其耦合到与所述像素阵列耦合的位线；第二SH电路，其耦合到所述位线；旁路开关，其耦合到所述位线、所述第一SH电路及所述第二SH电路；及模/数转换器(ADC)，其耦合到所述旁路开关，其中所述旁路开关经配置以响应于开关选择信号，通过所述位线，或通过所述第一SH电路或所述第二SH电路中的一者，将来自所述像素阵列的图像电荷值提供到所述ADC。

附图说明

参考以下图式描述本发明的非限制性及非穷尽实例，其中相似参考编号贯穿各种视图指代相似部分，除非另有规定。

图1说明根据本发明的教示的成像系统的一个实例，所述成像系统包含具有高动态范围共享像素CMOS图像传感器的像素阵列以及提供高速读出的读出电路。

图2A说明根据本公开的教示的高动态范围CMOS图像传感器的共享像素单元的一个实例示意图。

图2B说明根据本公开的教示的包含耦合到模/数转换电路的采样及保持电路系统的读出电路的一部分的一个实例示意图，所述读出电路提供高动态范围CMOS图像传感器的高速读出。