用于改善图像传感器的动态范围的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示用于改善图像传感器中的动态范围的方法和装置。图像感测装置包括具有多行像素的图像传感器和用于控制每一行像素的曝光的控制器。所述控制器经编程以对所述多行像素中的一行像素执行快门操作，且在执行快门操作之后的预定持续时间之后对所述多行中的所述一行进行取样。所述预定持续时间不同于所述图像感测装置的行时间周期的倍数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及图像感测装置，且更具体地说，涉及改善CMOS图像传感器中的动态范围。
技术介绍
图像传感器将可见光转换成电信号。图像传感器是由像素的阵列形成，每一像素将从光源接收的光转换成电信号。常规图像传感器主要用于数码相机中，且可属于两种类别中的一者电荷耦合装置(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。图像传感器的许多应用需要比常规CMOS图像传感器所能实现的动态范围高的动态范围(即，较高的明度差别)。因此，需要改善图像传感器的动态范围。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供一种用于用图像感测装置感测图像的方法，所述图像感测装置包括具有多行像素的图像传感器，所述方法包括对所述多行像素中的一行执行快门操作；在执行所述快门操作之后的预定持续时间之后对所述多行中的所述一行进行取样，所述预定持续时间不同于所述图像感测装置的行时间周期的倍数。在另一方面中，本专利技术提供一种图像感测装置，其包括具有多行像素的图像传感器；用于控制每一行像素的曝光的控制器，所述控制器经编程以对所述多行像素中的一行执行快门操作；在执行所述快门操作之后的预定持续时间之后对所述多行中的所述一行进行取样，所述预定持续时间不同于所述图像感测装置的行时间周期的倍数。附图说明在结合附图阅读时可从以下详细描述最佳地理解本专利技术，在附图中，相同元件具有相同参考数字。当存在多个类似元件时，单一参考数字可指派给所述多个类似元件，小写字母标记指代特定元件。当共同提及所述元件或提及所述元件中的非特定的一者或一者以上时，可舍弃所述小写字母标记。根据常识，除非另外指出，否则图式的各种特征未按比例绘制。相反，各种特征的尺寸可能为了清楚起见而扩大或减小。图式中包含下图图1是根据本专利技术的方面的实例图像感测装置的图；图2是说明根据本专利技术的方面的实例图像感测操作的时序图；以及图3是根据本专利技术的方面的用于感测图像的实例方法的流程图。具体实施例方式本文中所述的本专利技术的方面可用于多种电子装置中，所述电子装置包含例如数码相机。所揭示的装置和方法在图像传感器的动态范围方面实现改善。图像传感器的动态范围取决于图像传感器的像素的最长积分时间(或曝光时间)与最短积分时间的比率。典型地，图像传感器的最长积分时间受到可用于帧中的行数的限制，且最短积分时间受到行时间周期的持续时间的限制。如本文所使用，术语“行时间周期”指代图像感测装置的快门速度(即，1/60秒)除以在帧中曝光的图像传感器的行数。本专利技术的方面涉及实施具有可变积分时间的图像传感器，所述可变积分时间可小于行时间周期。所揭示的装置和方法可由如本文将描述的具有共享和非共享像素阵列的图像传感器使用。本文所揭示的实例实施例尤其适合结合互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器来使用。常规上，CMOS图像传感器在将像素曝光于光源期间执行“滚动快门”操作。在滚动快门操作中，图像传感器中的所有像素行并不同时曝光。而是，图像传感器中的所有像素行通过跨越图像传感器扫描快门操作而逐行依次曝光。尽管本文在CMOS图像传感器的情况下描述本专利技术的实例实施例，但所属领域的技术人员将理解，本专利技术不限于此。现在参看图式，图1说明根据本专利技术的方面的实例图像感测装置100。图像感测装置100可为例如数码相机等电子装置。作为一般概述，图像感测装置100包含图像传感器120和控制器140。下文描述图像感测装置100的额外细节。图像传感器120包含多行像素122。像素122将由图像传感器120接收的光转换成电信号。每一像素122包含光检测器、浮动扩散区、转移晶体管、复位晶体管，和行选择晶体管(所述晶体管中的每一者具有相应命名的栅极)。所述光检测器可包括例如钉扎半导体p-n结二极管(即，光电二极管)。简要地说，p-n结常用于检测光信号。p-n结典型地被反向偏置，从而在围绕p-n结的体积中产生耗尽区。由此，照射P-n结的光引起半导体材料的价带中的电子过渡到导带，从而在耗尽区中产生电洞-电子对，所述电洞-电子对在相反方向上被扫出耗尽区。结电位的由于耗尽区的崩溃而引起的改变被检测为指示由像素122吸收的光的强度的信号。本文稍后将更详细地描述像素122的进一步操作。在一实例实施例中，图像传感器120为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。所属领域的技术人员将从本文的描述中理解此种图像传感器120的制造。控制器140控制图 像传感器120的曝光。具体地说，控制器140经编程以对图像传感器120中的每一行像素执行快门操作。控制器140可执行例如如上文所述的滚动快门操作。此外，控制器140经编程以在执行快门操作之后对每一行像素进行取样。具体地说，控制器140经编程以在执行快门操作之后的预定持续时间之后对每一行进行取样。在常规图像感测装置中，此种取样在从快门操作起已过去或以上行时间周期之后发生。根据本专利技术的方面，控制器140在与图像感测装置100的行时间周期不同，且更具体地说，与图像感测装置100的行时间周期的任何整数倍不同的预定持续时间之后对每一行进行取样。下文将描述图像感测装置100中的控制器140的进一步操作。在一实例实施例中，控制器140由微处理器组成。微处理器可利用常规电子逻辑组件来执行本文所述的实例操作。所属领域的技术人员将从本文的描述中理解用于供本专利技术使用的适当控制器140。现在将描述根据本专利技术的方面的图像感测装置100的操作。在实例操作中，图像感测装置100用图像传感器120接收信号以获得图像。图像感测装置100从例如用户接收此种信号，或可自动产生此种信号。在接收到信号时，图像感测装置100的控制器140随即将图像传感器120中的每一行像素122曝光于光源(即，待成像的场景)。为了曝光一行像素122，控制器140经编程以对所述行执行快门操作。所述快门操作可为跨越图像传感器120中的每一行像素的滚动快门操作。在实例操作中，控制器通过针对行中的每一像素122接通和断开复位栅极和转移栅极以使所述像素复位来执行快门操作。每一像素122的积分(或曝光)时间在执行快门操作之后开始。在此积分时间期间，每一像素122的光检测器从光源接收光子。光子的此接收如上所述在光检测器中产生电荷。在预定持续时间(对应于所需积分时间)之后，控制器140经编程以对所述行像素122进行取样。控制器140在对每一行像素执行快门操作之后的相同预定持续时间之后对那一行进行取样。所述预定持续时间可小于行时间周期，或可大于行时间周期。利用小于图像传感器的行时间周期的积分时间会增加最长积分时间与最短积分时间之间的比率，且由此合意地改善图像传感器120的动态范围。在一个实例实施例中，每一像素122包括非共享浮动扩散。在此实施例中，控制器140通过针对行中的每一像素122接通转移栅极来对每一像素122进行取样。接通转移栅极会将在曝光期间于光检测器中产生的电荷转移到浮动扩散。一旦电荷已转移到浮动扩散，控制器140就可接通行选择栅极以将电荷从浮动扩散转移到像素122的相关联的列线。光检测器和浮动扩散可接着通过接通像素122的复位栅极而复位。在此转移操作之前，可作为相关双取样操作的一部分对浮动扩散进行复位和取样。在一替代实施例中，像素122的多个行包括多个浮动扩散。在此实施例中，控制器140通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于用图像感测装置感测图像的方法，所述图像感测装置包括具有多行像素的图像传感器，所述方法包括：对所述多行像素中的一行执行快门操作；在执行所述快门操作之后的预定持续时间之后对所述多行中的所述一行进行取样，所述预定持续时间不同于所述图像感测装置的行时间周期的倍数。

【技术特征摘要】
2011.09.30 US 13/249,8811.一种用于用图像感测装置感测图像的方法，所述图像感测装置包括具有多行像素的图像传感器，所述方法包括 对所述多行像素中的一行执行快门操作； 在执行所述快门操作之后的预定持续时间之后对所述多行中的所述一行进行取样，所述预定持续时间不同于所述图像感测装置的行时间周期的倍数。2.根据权利要求1所述的方法，其中 所述执行步骤包括对所述多行像素执行滚动快门操作；且 所述取样步骤包括在所述执行相关联的快门操作之后的所述预定持续时间之后对所述多行中的每一行进行取样。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述执行步骤包括针对所述行中的每一像素接通和断开复位栅极和转移栅极。4.根据权利要求3所述的方法，其中 每一像素包括非共享浮动扩散；且 所述取样步骤包括针对所述行中的每一像素接通转移栅极和行选择栅极。5.根据权利要求3所述的方法，其中 所述多行像素包括多个共享浮动扩散，所述多个共享浮动扩散跨越多个行而被共享；且 所述取样步骤包括针对共享浮动扩散的第一行像素依序接通所述转移栅极、针对所述第一行接通所述行选择栅极，且接着针对所述共享浮动扩散接通所述复位栅极，随后针对所述共享浮动扩散的第二行像素接通转移栅极。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定持续时间小于一个行时间周期。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定持续时间大于一个行时间周期。8.一种图像感测装置，其包括 具...

【专利技术属性】
技术研发人员：索拉博·雅格麦，
申请(专利权)人：普廷数码影像控股公司，
类型：发明
国别省市：