图像传感器像素和成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及图像传感器像素和成像系统。一种图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素包括：电荷存储区域；双转换增益晶体管，所述晶体管具有耦合至所述电荷存储区域的栅极端子、源极端子和漏极端子；以及电容器，所述电容器耦合于所述双转换增益晶体管的所述漏极端子和所述电荷存储区域之间。根据本实用新型专利技术，可以提供改进的图像传感器像素和成像系统。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及图像传感器像素和成像系统。
技术介绍
本技术整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及具有带逐像素增益调整能力的像素阵列的成像设备。图像传感器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。在典型布置方式中，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。行控制电路通过行控制线耦合至每个像素行，以用于向像素行中的每个图像像素提供像素控制信号。图像像素通常以低增益模式运行以用于捕获更亮场景的图像，并且以高增益模式运行以用于捕获更暗场景的图像。在传统的成像系统中，行控制电路向所选像素行中的每个像素提供控制信号，所述控制信号指示该行中的每个像素以高增益模式或低增益模式运行。然而，待成像的场景通常在整个图像像素的任何给定行内同时包括更亮部分和更暗部分。使用对整个像素行中的图像像素以高增益模式或低增益模式运行进行控制的传统图像传感器执行图像捕获操作可从而导致给定像素行中的一些图像像素生成过分嘈杂的图像信号或过饱和的图像信号，所述图像信号在最终捕获图像中可生成难看的图像伪色。在传统的图像传感器操作期间，提供给像素行以将该行置于高增益模式或低增益模式的增益调整控制信号通常升压到比提供给像素行的电源电压电平大的电压电平。然而，提供升压增益调整控制信号可引起图像传感器上的电压应力，并且可不期望地限制图像传感器的寿命。因此期望能够提供改善的捕获和处理图像信号方式的成像设备。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题之一是提供一种改进的图像传感器像素和成像系统。根据本技术的一个方面，提供了一种图像传感器像素，所述图像传感器像素包括：电荷存储区域；双转换增益晶体管，所述晶体管具有耦合至所述电荷存储区域的栅极端子、源极端子和漏极端子；以及电容器，所述电容器耦合于所述双转换增益晶体管的所述漏极端子和所述电荷存储区域之间。在一个实施例中，所述双转换增益晶体管被配置为当所述双转换增益晶体管接通时将所述图像传感器像素置于低转换增益模式，并且其中所述双转换增益晶体管被配置为当所述双转换增益晶体管断开时将所述图像传感器像素置于高转换增益模式。在一个实施例中，所述图像传感器像素排列成以行和列布置的图像传感器像素阵列，其中所述阵列中的图像传感器像素的所述列通过多根导电列线耦合至列读出电路，并且其中所述双转换增益晶体管的所述源极端子通过所述多根导电列线的对应导电列线耦合至所述列读出电路。在一个实施例中，所述双转换增益晶体管通过双转换增益控制信号进行控制，所述双转换增益控制信号从所述列读出电路位于所述双转换增益晶体管的所述源极端子处接收。在一个实施例中，所述电荷存储区域具有第一电压电平，并且所述双转换增益晶体管被配置为响应于所述双转换增益控制信号的大小比所述第一电压电平小一个预定量而接通。在一个实施例中，所述双转换增益晶体管被配置为响应于所述双转换增益控制信号的大小大于所述第一电压电平减去所述预定量而断开。在一个实施例中，所述图像传感器像素还包括：电荷传输门；以及光敏区域，所述光敏区域耦合于接收接地电压电平的端子和所述电荷传输门之间，其中所述光敏区域通过所述电荷传输门耦合至所述电荷存储区域。在一个实施例中，所述图像传感器像素还包括：附加端子，所述附加端子接收电源电压电平；以及复位晶体管，所述复位晶体管耦合于所述电荷存储区域和所述附加端子之间。在一个实施例中，所述双转换增益晶体管被配置为基于在所述双转换增益晶体管的所述源极端子处接收的控制信号，将所述图像传感器像素置
于高转换增益模式和低转换增益模式中的一者，所述控制信号具有大于或等于所述接地电压电平并且小于或等于所述电源电压电平的电压大小。在一个实施例中，所述图像传感器像素还包括：列读出线，其中所述图像传感器像素通过所述列读出线耦合至列控制和读出电路；以及源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管耦合于所述电荷存储区域和所述列读出线之间。根据本技术的一个方面，提供了一种成像系统，所述系统包括：中央处理单元；存储器；输入-输出电路；和成像设备，其中所述成像设备包括：被布置成行和列的图像传感器像素阵列，其中所述阵列包括位于所述阵列的给定行的第一列中的第一图像传感器像素以及位于所述给定行的第二列中的第二图像传感器像素，其中所述第一图像传感器像素包括具有第一源极端子的第一双转换增益晶体管，并且其中所述第二图像传感器像素包括具有第二源极端子的第二双转换增益晶体管；行控制电路，所述行控制电路通过行控制线耦合至所述阵列的所述给定行；以及读出电路，所述读出电路通过第一列线耦合至所述阵列的所述第一列并且通过第二列线耦合至所述阵列的所述第二列，其中在所述行控制电路连续激活所述阵列的所述给定行时，所述读出电路被配置为从所述第一图像传感器像素读出第一图像信号，同时将具有第一大小的第一控制信号提供给所述第一源极端子，并且所述读出电路被配置为从所述第二图像传感器像素读出第二图像信号，同时将具有不同于所述第一大小的第二大小的第二控制信号提供给所述第二源极端子。在一个实施例中，所述第一图像传感器像素包括第一浮动扩散节点和第一电容器，所述第一双转换增益晶体管具有第一栅极端子和第一漏极端子，所述第二图像传感器像素包括第二浮动扩散节点和第二电容器，所述第二双转换增益晶体管具有第二栅极端子和第二漏极端子，所述第一栅极端子耦合至所述第一浮动扩散节点，所述第一漏极端子通过所述第一电容器耦合至所述浮动扩散节点，所述第二栅极端子耦合至所述第二浮动扩散
节点，并且所述第二漏极端子通过所述第二电容器耦合至所述第二浮动扩散节点。在一个实施例中，所述第一图像传感器像素包括耦合至提供有接地电压电平的第一端子的第一光电二极管，所述第二图像传感器像素包括耦合至提供有所述接地电压电平的第二端子的第二光电二极管，所述第一图像传感器像素具有提供有复位电压电平的第三端子，所述第二图像传感器像素具有提供有所述复位电压电平的第四端子，所述第一大小与所述接地电压电平大约相等，并且所述第二大小与所述复位电压电平大约相等。根据本技术，可以提供改进的图像传感器像素和成像系统。附图说明图1为根据本技术的实施例的示例性成像系统的示意图，该成像系统具有用于使用基于列的像素增益调整捕获图像的图像传感器和处理电路。图2为根据本技术的实施例的示例性像素阵列以及相关列控制和读出电路的示意图，该电路用于在不使控制信号电压升高的情况下控制对应像素列的像素中的逐列增益调整。图3为根据本技术的实施例的示例性图像传感器像素的电路示意图，该像素具有用于使用所选像素转换增益捕获和输出图像信号的双转换增益晶体管。图4为根据本技术的实施例的示例性图像传感器像素的电路示意图，该像素具有用于使用所选像素转换增益捕获和输出图像信号的双转换增益晶体管，该晶体管具有接收未升压的逐列增益控制信号的源极端子。图5为根据本技术的实施例的示例性步骤的流程图，该步骤可通过图1-4中所示类型的图像传感器执行，以响应于由对应像素捕获的图像信号来调整该像素的转换增益。图6为根据本技术的实施例的示例性步骤的流程图，该步骤可通过图1-4中所示类型的图像传感器来执行，以响应于由阵列的先前行中并且与对应像素在相同列中的像素所捕获的图像信号对该对应像素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素包括：电荷存储区域；双转换增益晶体管，所述晶体管具有耦合至所述电荷存储区域的栅极端子、源极端子和漏极端子；以及电容器，所述电容器耦合于所述双转换增益晶体管的所述漏极端子和所述电荷存储区域之间。

【技术特征摘要】
2015.04.21 US 14/692,5121.一种图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素包括：电荷存储区域；双转换增益晶体管，所述晶体管具有耦合至所述电荷存储区域的栅极端子、源极端子和漏极端子；以及电容器，所述电容器耦合于所述双转换增益晶体管的所述漏极端子和所述电荷存储区域之间。2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，其中所述双转换增益晶体管被配置为当所述双转换增益晶体管接通时将所述图像传感器像素置于低转换增益模式，并且其中所述双转换增益晶体管被配置为当所述双转换增益晶体管断开时将所述图像传感器像素置于高转换增益模式。3.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，其中所述图像传感器像素排列成以行和列布置的图像传感器像素阵列，其中所述阵列中的图像传感器像素的所述列通过多根导电列线耦合至列读出电路，并且其中所述双转换增益晶体管的所述源极端子通过所述多根导电列线的对应导电列线耦合至所述列读出电路。4.根据权利要求3所述的图像传感器像素，其特征在于，其中所述双转换增益晶体管通过双转换增益控制信号进行控制，所述双转换增益控制信号从所述列读出电路位于所述双转换增益晶体管的所述源极端子处接收。5.根据权利要求4所述的图像传感器像素，其特征在于，其中所述电荷存储区域具有第一电压电平，并且所述双转换增益晶体管被配置为响应于所述双转换增益控制信号的大小比所述第一电压电平小一个预定量而接通。6.根据权利要求5所述的图像传感器像素，其特征在于，其中所述双转换增益晶体管被配置为响应于所述双转换增益控制信号的大小大于所述第一电压电平减去所述预定量而断开。7.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素还包括：电荷传输门；以及光敏区域，所述光敏区域耦合于接收接地电压电平的端子和所述电荷传输门之间，其中所述光敏区域通过所述电荷传输门耦合至所述电荷存储区域。8.根据权利要求7所述的图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素还包括：附加端子，所述附加端子接收电源电压电平；以及复位晶体管，所述复位晶体管耦合于所述电荷存储区域和所述附加端子之间。9.根据权利要求8所述的图像传感器像素，其特征在于，其中所述双转换增益晶体管被配置为基于在所述双转换增益晶体管的所述源极端子处接收的控制信号，将所述图像传感器像素置于高转换增益模式和低转换增益模式中的一者，所述控制信号具有大于或等于所述接地电压电平并...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·贝克，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US