图像传感器、减少发光二极管闪烁的方法及成像系统技术方案

一种图像传感器、减少发光二极管闪烁的方法及成像系统。电压产生器提供转移栅极电压到转移晶体管。转移栅极电压是转移通态电压、转移断态电压或撇取电压。转移晶体管转移在光电二极管上产生的电荷到浮动扩散。转移栅极上的电压控制从光电二极管转移到浮动扩散的电荷量。复位晶体管将光电二极管和浮动扩散预充电到电源电压。第一启用晶体管控制从浮动扩散转移到第一电容器的电荷量。第二启用晶体管控制从浮动扩散转移到第二电容器的电荷量。第一和第二启用晶体管在激活后接收其单独的周期性控制脉冲。将在第一和第二电容器上收集的电荷转移到浮动扩散。源极跟随器晶体管放大浮动扩散上呈现的电压。行选择晶体管发送放大电压到位线以用于信号读出。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、减少发光二极管闪烁的方法及成像系统
本专利技术大体上涉及高动态范围(highdynamicrange；HDR)图像传感器，且确切地说但非排他地，涉及能够减少因发光二极管(light-emittingdiode；LED)照明所致的闪烁的施加至HDR图像传感器中的光电二极管的撇取过程。
技术介绍
图像传感器已变得随处可见。它们广泛用于数字静物摄影机、蜂窝式电话、安保摄像头，以及医学、汽车和其它应用。高动态范围(HDR)图像传感器已为那些应用中的许多应用所需要。人的眼睛一般具有至多约100dB的动态范围。对于汽车应用，通常需要大于100dB动态范围的图像传感器来处理不同驾驶条件，诸如穿过黑暗隧道到明亮太阳光下的驾驶。HDR图像传感器并不始终适当地执行HDR功能。常见缺点包含因固定模式噪声所致的图像劣化、大的随机噪声、与电荷溢出(blooming)相关联的减小分辨率、运动伪影、固定灵敏度以及当使用多个光电二极管时的较低填充因数，其中填充因数是像素的感光区域与其总面积的比率。当HDR图像传感器用于从LED接收光时，伪影是因LED光的工作循环(dutycycle)所致的常见位置。LED倾向于以脉冲方式而不是以连续和平稳的方式向外发射光。这使得由于LED的发射脉冲与图像传感器的接收脉冲之间的失配而难以捕获那些LED光脉冲。举例来说，LED交通灯每秒可闪烁数百次。许多现代汽车中使用的前灯和刹车灯表现非常类似。典型LED一般由脉宽调制(pulse-widthmodulation；PWM)控制器驱动。使用PWM具有益处，诸如可通过工作循环调整光强度、较少热量堆积以延长使用寿命以及省电。当LED脉冲接通时，其提供高光照条件。当LED脉冲断开时，其提供低光照条件。调制频率从数十赫兹到数千赫兹不等。这通常不能被人的眼睛看到。然而，快速LED脉冲使得常规方法(即使有HDR能力加持)难以执行适当LED成像。由于传感器的捕获率可能容易与LED的发光率失配，因此大多数情况下，从帧到帧不能均匀地捕获LED光。即使二次曝光技术也不能有效地减少LED闪烁。这其中的一个最坏状况是由LED制造的汽车灯，当它与太阳光的强反射混合时，需要被检测到。
技术实现思路
本专利技术的具有高动态范围以及减少的发光二极管闪烁的撇取光电二极管图像传感器，包括：转移晶体管，耦合成将产生的电荷从互补型金属氧化物半导体光电二极管转移到浮动扩散；电压产生器，耦合成从控制电路接收选择信号以及将转移栅极电压提供到所述转移晶体管，其中所述选择信号选择所述转移栅极电压成为转移通态电压、转移断态电压以及撇取电压中的一个；复位晶体管，耦合成在复位栅极电压的控制下通过电压源将复位电压引入到所述浮动扩散，其中所述复位栅极电压由所述控制电路控制，其中所述电压源是由所述控制电路的电压选择信号控制的可编程电压，其中电压源在第一已知电位与第二已知电位的两个值之间进行选择，其中第二已知电位是比第一已知电位更高的电位；源极跟随器晶体管，耦合成在其栅极处接收所述浮动扩散的电压以及在其源极处提供放大电压；行选择晶体管，耦合成接收所述源极跟随器晶体管的源极处的所述放大电压以及在行选择晶体管栅极电压的控制下将这一电压提供到位线，其中所述行选择晶体管栅极电压由所述控制电路控制，以及位线连接到读出电路；第一启用晶体管，耦合成启用从所述浮动扩散到第一电容器的电荷转移，其中所述第一启用晶体管的第一电荷启用信号由所述控制电路控制；以及第二启用晶体管，耦合成启用从所述浮动扩散到第二电容器的电荷转移，其中所述第二启用晶体管的第二电荷启用信号由所述控制电路控制。在本专利技术的示范实施例中，所述转移晶体管上的所述转移栅极电压控制可从所述光电二极管转移到所述浮动扩散的所述电荷的量，以及其中所述撇取电压设置在转移栅极的所述转移通态电压与所述转移断态电压之间。在本专利技术的示范实施例中，所述互补型金属氧化物半导体光电二极管是在普通光电二极管的n-层的顶部上添加有p+层的钉扎光电二极管。在本专利技术的示范实施例中，所述第一电荷启用信号在第一时间周期期间接通所述第一启用晶体管；以及所述第二电荷启用信号在第二时间周期期间接通所述第二启用晶体管，其中所述第一时间周期与所述第二时间周期不同。在本专利技术的示范实施例中，所述第一电荷启用信号的第一脉宽以及所述第二电荷启用信号的第二脉宽由所述控制电路控制以适应于光照条件。在本专利技术的示范实施例中，所述第一电荷启用信号在第一时间周期期间接通所述第一启用晶体管；所述第二电荷启用信号在第二时间周期期间接通所述第二启用晶体管；以及所述复位栅极电压在复位时间周期期间接通所述复位晶体管，其中所述复位时间周期与所述第一时间周期不同，其中所述第一时间周期与所述第二时间周期不同，其中所述第二时间周期与所述复位时间周期不同。本专利技术的对光电二极管图像传感器进行撇取以减少发光二极管闪烁的方法，按照以下顺序包括：(a)通过光电二极管从发光二极管接收照明输入，其中所述发光二极管通过发光二极管电源以及由所述发光二极管在发光二极管频率下周期性地以交替的强以及暗淡的方式产生的光来供电；(b)通过将复位栅极、第一电荷启用信号以及第二电荷启用信号中的每一个设置成高压来通过电压源将第一电容器以及第二电容器预充电到第二已知电位，其中所述电压源是由所述控制电路控制的可编程电压，其中电压源在第一已知电位与第二已知电位的两个值之间进行选择，其中第二已知电位是比第一已知电位更高的电位；(c)通过将复位栅极以及转移栅极设置成高压来通过电压源将光电二极管以及浮动扩散预充电到第一已知电位；(d)使所述光电二极管曝光于所述来源于所述发光二极管的照明；(e)向所述转移栅极提供由所述电压产生器产生的撇取电压，其中所述撇取电压保持所述转移晶体管适当地接通以及保持所述光电二极管处累积的过量电荷泄漏到所述浮动扩散；(f)在第一电荷交错频率下周期性地接通以及断开所述第一电荷启用信号，在此期间所述光电二极管曝光于所述发光二极管；(g)在第二电荷交错频率下周期性地接通以及断开所述第二电荷启用信号，在此期间所述光电二极管曝光于所述发光二极管；(h)在10到100个电荷循环后断开所述第一电荷启用信号、所述第二电荷启用信号以及所述转移栅极；(i)通过接通以及断开所述复位栅极紧接着断开所述第一电荷启用信号、所述第二电荷启用信号以及所述转移栅极来复位所述浮动扩散；(j)读取所述浮动扩散上来自暗电流的第一背景电荷，其中当由行选择信号接通行选择晶体管时，第一背景电压提供于位线上，其中所述行选择信号由所述控制电路控制；(k)通过接通以及接着断开所述转移晶体管来将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散；(l)读取从所述光电二极管转移到所述浮动扩散的光产生信号电荷，其中当由所述行选择信号接通所述行选择晶体管时，信号电压提供于所述位线上，其中所述行选择信号由所述控制电路控制；(m)通过接通以及断开所述复位栅极来通过电压源将所述浮动扩散复位到第二已知电位，其中所述复位栅极电压由所述控制电路控制；(n)读取所述浮动扩散上来自暗电流的第二背景电荷，其中当由行选择信号接通行选择晶体管时，第二背景电压提供于位线上，其中所述行选择信号由所述控制电路控制；(p)通过接通以及断开所述第一启用晶体管来读取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高动态范围(HDR)以及减少的发光二极管(LED)闪烁的撇取光电二极管图像传感器，其特征在于，包括：转移晶体管(220)，耦合成将产生的电荷从互补型金属氧化物半导体(CMOS)光电二极管(PD)(202)转移到浮动扩散(FD)(230)；电压产生器(210)，耦合成从控制电路(104)接收选择信号(214)以及将转移栅极电压(222)提供到所述转移晶体管(220)，其中所述选择信号(214)选择所述转移栅极电压成为转移通态电压VHI、转移断态电压VLO以及撇取电压VSK中的一个；复位晶体管(240)，耦合成在复位栅极电压(242)的控制下通过电压源VRFD(244)将复位电压引入到所述浮动扩散(230)，其中所述复位栅极电压(242)由所述控制电路(104)控制，其中所述VRFD(244)是由所述控制电路(104)的VSEL(239)控制的可编程电压，其中VRFD(244)在AVDD(232)与HIVDD(236)的两个值之间进行选择，其中HIVDD是比AVDD更高的电位；源极跟随器晶体管(SF)(250)，耦合成在其栅极处接收所述浮动扩散(230)的电压以及在其源极处提供放大电压(254)；行选择晶体管(RS)(260)，耦合成接收所述源极跟随器晶体管的源极处的所述放大电压(254)以及在行选择晶体管栅极电压(262)的控制下将这一电压提供到位线(264)，其中所述行选择晶体管栅极电压(262)由所述控制电路(104)控制，以及位线(264)连接到读出电路(106)；第一启用晶体管(270)，耦合成启用从所述浮动扩散(230)到第一电容器(276)的电荷转移，其中所述第一启用晶体管(270)的第一电荷启用信号(272)由所述控制电路(104)控制；以及第二启用晶体管(280)，耦合成启用从所述浮动扩散(230)到第二电容器(286)的电荷转移，其中所述第二启用晶体管(280)的第二电荷启用信号(282)由所述控制电路(104)控制。...

【技术特征摘要】
2017.10.06 US 15/726,8601.一种具有高动态范围(HDR)以及减少的发光二极管(LED)闪烁的撇取光电二极管图像传感器，其特征在于，包括：转移晶体管(220)，耦合成将产生的电荷从互补型金属氧化物半导体(CMOS)光电二极管(PD)(202)转移到浮动扩散(FD)(230)；电压产生器(210)，耦合成从控制电路(104)接收选择信号(214)以及将转移栅极电压(222)提供到所述转移晶体管(220)，其中所述选择信号(214)选择所述转移栅极电压成为转移通态电压VHI、转移断态电压VLO以及撇取电压VSK中的一个；复位晶体管(240)，耦合成在复位栅极电压(242)的控制下通过电压源VRFD(244)将复位电压引入到所述浮动扩散(230)，其中所述复位栅极电压(242)由所述控制电路(104)控制，其中所述VRFD(244)是由所述控制电路(104)的VSEL(239)控制的可编程电压，其中VRFD(244)在AVDD(232)与HIVDD(236)的两个值之间进行选择，其中HIVDD是比AVDD更高的电位；源极跟随器晶体管(SF)(250)，耦合成在其栅极处接收所述浮动扩散(230)的电压以及在其源极处提供放大电压(254)；行选择晶体管(RS)(260)，耦合成接收所述源极跟随器晶体管的源极处的所述放大电压(254)以及在行选择晶体管栅极电压(262)的控制下将这一电压提供到位线(264)，其中所述行选择晶体管栅极电压(262)由所述控制电路(104)控制，以及位线(264)连接到读出电路(106)；第一启用晶体管(270)，耦合成启用从所述浮动扩散(230)到第一电容器(276)的电荷转移，其中所述第一启用晶体管(270)的第一电荷启用信号(272)由所述控制电路(104)控制；以及第二启用晶体管(280)，耦合成启用从所述浮动扩散(230)到第二电容器(286)的电荷转移，其中所述第二启用晶体管(280)的第二电荷启用信号(282)由所述控制电路(104)控制。2.根据权利要求1所述的撇取光电二极管图像传感器，其特征在于，所述转移晶体管(210)上的所述转移栅极电压(222)控制可从所述光电二极管(202)转移到所述浮动扩散(230)的所述电荷的量，以及所述撇取电压VSK设置在TG的所述转移通态电压VHI与所述转移断态电压VLO之间。3.根据权利要求1所述的撇取光电二极管图像传感器，其特征在于，所述互补型金属氧化物半导体光电二极管(PD)是在普通光电二极管的n-层的顶部上添加有p+层的钉扎光电二极管(PPD)。4.根据权利要求1所述的撇取光电二极管图像传感器，其特征在于，所述第一电荷启用信号(272)在第一时间周期期间接通所述第一启用晶体管(270)；以及所述第二电荷启用信号(282)在第二时间周期期间接通所述第二启用晶体管(280)，其中所述第一时间周期与所述第二时间周期不同。5.根据权利要求1所述的撇取光电二极管图像传感器，其特征在于，所述第一电荷启用信号(272)的第一脉宽以及所述第二电荷启用信号(282)的第二脉宽由所述控制电路(104)控制以适应于光照条件。6.根据权利要求1所述的撇取光电二极管图像传感器，其特征在于，所述第一电荷启用信号(272)在第一时间周期期间接通所述第一启用晶体管(270)；所述第二电荷启用信号(282)在第二时间周期期间接通所述第二启用晶体管(280)；以及所述复位栅极电压(242)在复位时间周期期间接通所述复位晶体管(240)，其中所述复位时间周期与所述第一时间周期不同，其中所述第一时间周期与所述第二时间周期不同，其中所述第二时间周期与所述复位时间周期不同。7.一种对光电二极管图像传感器进行撇取以减少发光二极管(LED)闪烁的方法，其特征在于，按照以下顺序包括：(a)通过光电二极管(202)从发光二极管(298)接收照明输入，其中所述发光二极管(298)通过发光二极管电源(290)以及由所述发光二极管在发光二极管频率下周期性地以交替的强以及暗淡的方式产生的光来供电；(b)(步骤402)通过将复位栅极(RST)(242)、第一电荷启用信号(272)以及第二电荷启用信号(282)中的每一个设置成高压来通过电压源VRFD(244)将第一电容器(276)以及第二电容器(286)预充电到已知电位HIVDD，其中所述VRFD(244)是由所述控制电路(104)控制的可编程电压，其中VRFD(244)在AVDD与HIVDD的两个值之间进行选择，其中HIVDD是比AVDD更高的电位；；(c)(步骤403)通过将复位栅极(RST)(242)以及转移栅极(TX)(222)设置成高压来通过VRFD(244)将光电二极管(PD)(202)以及浮动扩散(FD)(230)预充电到已知电位AVDD；(d)使所述光电二极管(202)曝光于所述来源于所述发光二极管(298)的照明；(e)(步骤404)向所述TX(222)提供由所述电压产生器(210)产生的撇取电压VSK，其中所述撇取电压VSK保持所述转移晶体管(220)适当地接通以及保持所述光电二极管(202)处累积的过量电荷泄漏到所述浮动扩散(230)；(f)(步骤410)在第一电荷交错频率下周期性地接通以及断开所述第一电荷启用信号(272)，在此期间所述光电二极管(202)曝光于所述发光二极管(292)；(g)(步骤412)在第二电荷交错频率下周期性地接通以及断开所述第二电荷启用(282)，在此期间所述光电二极管(202)曝光于所述发光二极管(298)；(h)(步骤424)在10到100个电荷循环后断开所述第一电荷启用(272)、所述第二电荷启用(282)以及所述TX(222)；(i)(步骤426)通过接通以及断开所述TX(242)紧接着断开所述第一电荷启用(272)、所述第二电荷启用(282)以及所述TX(222)来复位所述浮动扩散(230)；(j)(步骤428)读取所述浮动扩散(230)上来自暗电流的第一背景电荷，其中当由行选择信号(RS)(262)接通行选择晶体管(260)时，第一背景电压提供于位线(264)上，其中所述行选择信号由所述控制电路(104)控制；(k)通过接通以及接着断开所述转移晶体管(220)来将所述电荷从所述光电二极管(202)转移到所述浮动扩散(230)；(l)(步骤430)读取从所述光电二极管(202)转移到所述浮动扩散(230)的光产生信号电荷，其中当由所述行选择(RS)(262)接通所述行选择晶体管(260)时，信号电压提供于所述位线(264)上，其中所述行选择信号由所述控制电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：达拉德·索尔海姆，约翰尼斯·索尔湖斯维奇，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US