本发明专利技术公开了图像传感器、用于操作图像传感器的方法及电子设备。所述图像传感器可包括支持高动态范围(HDR)全局快门功能的图像传感器像素。图像传感器像素可包括光电二极管，所述光电二极管经由相应的电荷转移栅极耦接到多个存储栅极节点。所述多个存储栅极节点中的每一者可被配置成存储对应于不同曝光周期的电荷。所述存储栅极节点可与所述光电二极管并联或串联耦接。然后可合并来自所述不同曝光时间的电荷以产生高动态范围图像信号。
【技术实现步骤摘要】
图像传感器、用于操作图像传感器的方法及电子设备
本专利技术整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及具有图像传感器像素的成像设备。
技术介绍
图像传感器常在电子设备，例如，移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置中，电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。为了消除运动伪影，全局快门CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器在光电二极管与读出晶体管之间结合了存储节点。与卷帘快门CMOS像素不同，全局快门CMOS图像传感器中的积分的开始和结束对于所有像素而言都是同时发生的。随后使用标准卷帘快门方法读出存储节点处存储的电荷。许多应用需要高动态范围(HDR)性能。一种用于扩展卷帘快门像素的动态范围的方法是使用不同曝光时间捕获多个图像，然后在捕获后将这些图像合并在一起而形成HDR图像。运动伪影是卷帘快门读出的熟知问题。增加多个曝光时间只会加剧运动伪影。本文的实施方案就是在这种背景下出现的。
技术实现思路
根据一个方面，提供一种图像传感器，包括：图像传感器像素，所述图像传感器像素包括：光电二极管；第一存储栅极节点，所述第一存储栅极节点存储在第一曝光周期在所述光电二极管处聚积的电荷；以及第二存储栅极节点，所述第二存储栅极节点存储在与所述第一曝光周期不同的第二曝光周期在所述光电二极管处聚积的电荷。根据另一方面，提供一种用于操作图像传感器的方法，所述方法包括：在光电二极管处接收光；允许所述光电二极管在第一曝光时间内聚积电荷；将在所述第一曝光时间期间聚积的所述电荷转移到第一存储栅极节点；允许所述光电二极管在第二曝光时间内聚积电荷，所述第一曝光时间和所述第二曝光时间是被独立控制的；以及将在所述第二曝光时间期间聚积的所述电荷转移到与所述第一存储栅极节点不同的第二存储栅极节点。根据又一方面，提供一种电子设备，包括：具有图像传感器的相机模块，所述图像传感器包括图像传感器像素，并且所述图像传感器像素包括：光电二极管；第一存储栅极区，所述第一存储栅极区耦接到所述光电二极管并在第一曝光时间内存储电荷；以及第二存储栅极区，所述第二存储栅极区耦接到所述光电二极管并在第二曝光时间内存储电荷，所述第一曝光时间和所述第二曝光时间是被独立控制的。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，该图像传感器具有高动态范围(HDR)存储栅极像素电路。图2A是根据一个实施方案的示例性HDR全局快门像素的电路图。图2B是根据一个实施方案的图2A中所示的像素的顶部布局视图。图2C是根据一个实施方案的在相邻列之间共享浮动扩散区的示例性HDR全局快门像素的电路图。图2D是根据一个实施方案的图2C中所示的像素的顶部布局视图。图3A是根据一个实施方案的时序图，示出了如何可捕获两个不同曝光时间。图3B是根据一个实施方案的时序图，示出了如何可将曝光时间分成两个单独部分曝光时间。图3C和图3D是根据一个实施方案的时序图，示出了如何可将两个不同曝光时间各自分成多个部分曝光时间。图4A是根据一个实施方案的时序图，示出了如何可捕获三个不同曝光时间。图4B是根据一个实施方案的时序图，示出了如何可捕获四个不同曝光时间。图5A是根据一个实施方案的可用于在四个单独浮动扩散节点处捕获四个不同曝光时间的示例性HDR全局快门像素的电路图。图5B是根据一个实施方案的图5A中所示的像素的顶部布局视图。图6是根据一个实施方案的时序图，示出了图5A和图5B的像素可如何操作。图7A是根据一个实施方案的具有串行读出配置的示例性HDR全局快门的电路图。图7B是根据一个实施方案的图7A中所示的像素的顶部布局视图。图8是根据一个实施方案的用于操作图7A和图7B的像素的示例性步骤的流程图。具体实施方式本专利技术实施方案涉及通过将来自不同积分时间的电荷存储到不同存储节点中来获得全局快门图像传感器中的高动态范围(HDR)性能的方式。图1中示出了具有相机模块的电子设备。电子设备10(有时称为成像系统)可以是数字相机、计算机、移动电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括一个或多个图像传感器14和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。图像传感器14可包括将光转换成数字数据的光敏元件(例如，像素)。图像传感器可具有任何数量的像素(例如，数百、数千、数百万或更多的成像像素)。典型的图像传感器可(例如)具有数百万的像素(例如，百万像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、寻址电路等。可将来自图像传感器14的静态图像数据和视频图像数据提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理和数据格式化电路16可处理由图像传感器14中的三维成像像素收集的数据，以确定将所关注的物体带入焦点中所需的透镜移动(例如，透镜28的移动)的幅度和方向。图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组或JPEG格式)。在典型布置(有时称为片上系统(SoC)布置)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用集成电路上实现。使用单个集成电路来实现相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可有助于降低成本。不过，这仅为示例性的。如果需要，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可使用单独的集成电路来实现。例如，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可使用已堆叠的单独集成电路来形成。相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20(例如，图像处理和数据格式化电路16可将图像数据传送到子系统20)。电子设备10(有时称为系统或成像系统)通常为用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用程序的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统20可包括存储和处理电路24以及输入-输出设备22，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。输入-输出设备22还可包括光源诸如发光二极管，该光源可用于与图像传感器14组合以获得飞行时间深度感测信息。输入-输出设备22可包括例如发射可见光或红外光的光源。存储和处理电路24可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其他处理电路。图2A是示例性HDR全局快门像素100的电路图。如图2A中所示，像素100可包括光电二极管(PD)130，该光电二极管经由抗光晕晶体管110(由信号AB控制)耦接到供电线150(例如，在其上提供电源电压Vpix的线路)。光电二极管PD还可经由电荷转移晶体管120a(由信号TX0A控制)、存储栅极122a(由信号SGA控制)和电荷转移晶体管124a(由信号TX1A控制)耦接到共享的浮动扩散节点126。浮动扩散节点126可经由附加像本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：图像传感器像素，所述图像传感器像素包括：光电二极管；第一存储栅极节点，所述第一存储栅极节点存储在第一曝光周期在所述光电二极管处聚积的电荷；以及第二存储栅极节点，所述第二存储栅极节点存储在与所述第一曝光周期不同的第二曝光周期在所述光电二极管处聚积的电荷。
【技术特征摘要】
2017.03.31 US 15/476,0601.一种图像传感器，包括：图像传感器像素，所述图像传感器像素包括：光电二极管；第一存储栅极节点，所述第一存储栅极节点存储在第一曝光周期在所述光电二极管处聚积的电荷；以及第二存储栅极节点，所述第二存储栅极节点存储在与所述第一曝光周期不同的第二曝光周期在所述光电二极管处聚积的电荷。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中在所述第一曝光周期期间收集的所述电荷和在所述第二曝光周期期间收集的所述电荷为线性相关的，并且其中所述第一曝光周期是所述第二曝光周期的至少两倍。3.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器像素还包括：第一转移栅极，所述第一转移栅极耦接在所述光电二极管和所述第一存储栅极节点之间；第二转移栅极，所述第二转移栅极耦接在所述光电二极管和所述第二存储栅极节点之间；以及障壁隔离注入区，所述障壁隔离注入区物理地插置在所述第一存储栅极节点和所述第二存储栅极节点之间。4.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器像素还包括：浮动扩散节点，所述第一存储栅极节点和所述第二存储栅极节点串联耦接在所述浮动扩散节点和所述光电二极管之间。5.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器像素还包括：横向溢出漏极，所述横向溢出漏极在所述第一存储栅极节点和所述第二存储栅极节点附近形成，以防止所述第一存储栅极节点和所述第二存储栅极节点之间的高光溢出。6.一种用于操作图像传感器的方法，所述方法包括：在光电二极管处接收光；允许所述光电...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·麦卡藤，洪·Q·罗恩，罗伯特·卡瑟，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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