CN101365069A

CN101365069A - 具有图像浮散漏极的、高动态范围的传感器

Info

Publication number: CN101365069A
Application number: CNA2008101293540A
Authority: CN
Inventors: 真锅宗平; 阿希什·夏; 萨西哈尔·沙拉迪; 钱威廉; 野崎英骏; 那戈拉加·塞提亚得; 戴幸志; 霍华德·M·罗德斯
Original assignee: HAOWEI TECH Co Ltd
Current assignee: Omnivision Technologies Inc
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: US7825966B2; TW200904172A; TWI392351B; CN101365069B; US20090002528A1

Abstract

本发明公开了一种图像传感器，其在每个像素单位中具有至少两个光电二极管。通过为光电二极管选择不同的曝光时间，实现高动态范围；另外减小了图像浮散。选择读取时间周期，使得短曝光时间的光电二极管作为从长曝光时间光电二极管溢出过剩电荷的漏极。为了改善过剩电荷的放出，可以进一步选择光电二极管的布置，使得长曝光时间的光电二极管沿着垂直和水平方向与短曝光时间光电二极管相邻接。还可以设置微透镜阵列，以便优先地将光线连接到长曝光时间光电二极管，以改善灵敏度。

Description

具有图像浮散漏极的、高动态范围的传感器

相关参照

本申请要求2007年6月29日提交的美国临时专利申请No.60/947,347的优先权。

技术领域

一般而言，本发明涉及高动态范围的图像传感器。更具体地讲，本发明涉及在高动态范围图像传感器中抑制图像浮散。

背景技术

高动态范围(high dynamic range，HDR)图像传感器用于许多场合。目前，许多图像传感器，包括CCD和CMOS图像传感器，其动态范围大约有70分贝。然而，要与人眼的能力相匹配，则需要高达约100分贝的动态范围。例如，用于汽车的图像传感器需要超过100分贝的动态范围，以处理不同的驾驶状态，比如驶过黑暗的隧道进入明亮的阳光中。另外，一些数字静物照相机(DSC)的传感器可能需要超过90分贝动态范围。

现有技术已经提出了许多高动态范围的传感器。但是每个都有显著的缺点。早先的HDR传感器具有一些缺点，包括由于固有图像噪音而导致的图像变差、大的随机噪音、以及与图像浮散(blooming)相关联的分辨率降低。

图像传感器在曝光周期生成电荷，其在后来的读取阶段被读取。然而，光电二极管只能在曝光周期积聚一定量的电荷，这限制了动态范围。现有技术中增加动态范围的方法是使用电荷撇取操作(charge skimming operation)，以实现曝光时间控制，延伸动态范围，如图1A-1E所示。

图1A显示了传统像素单位100，其具有光电二极管(PD)、传递晶体管(TX)，复位晶体管(RST)和源极跟随(SF)放大器。图中还示出了传统的漂浮扩散(FD)节点。光电二极管是PIN型光电二极管或通常的n-型光电二极管。

图1B显示了在用于曝光控制方法的不同时间(子图1、2、3、4、5和6)通过像素单位的电位图，其示出了在PD、TX、FD和RST的电位。第一子图显示了在预充电阶段，光电二极管被重新设定，而且TX门被驱动到Vtx1，并且所有的信号电子从光电二极管读取到FD。此时，PD底部电位被设定成Vpin，其由完全耗尽的PD确定。第二子图显示了TX门关闭，而且PD积聚信号电子直到曝光时间1。第三子图显示了在曝光时间1结束时，撇取脉冲Vtx2被应用到TX门，其比Vtx1小，而且信号电子的一部份读取到FD。即，TX门仅被驱动到足以撇去电荷的一部分。此时，PD上电位被设定成Vskim，其与TX门下的沟槽电位相同。结果，剩余的信号是Vpin-Vskim。第四子图显示了在曝光时间2开始时，TX门关掉，而且PD开始积聚信号电子直到时间2结束。因此，在时间2结束时在读取之前，电荷已经增加到Vex，如第五子图所示。第六子图显示了在时间2之后读取。在时间2，打开TX门，而且所有的信号电子读取到FD。

图1C是一个读取时间图，大概描述了在不同时间在晶体管TX处的脉冲定时。在电荷撇取期间，门电压Vtx1足以完全打开晶体管TX，但电压Vtx2只能轻微地打开晶体管TX。像素单位的操作的不同时期包括第一曝光、电荷撇取操作和第二曝光。

图1D显示了如何利用具有电荷撇取的传统曝光时间控制方法来延伸动态范围。传递特性将输出与光强度相关联。由PD生成的电荷取决于光的强度。在低的光强度状态，传递特性为具有斜度a的直线，并且电荷撇取没被运行。当电荷撇取被运行时，信号电荷的较小部分流向FD。因此，斜度从“a”变成“ax Tex2/Tex”。这个斜度比“a”小，结果是动态范围被扩展。

图1E显示了使用电荷撇取的传统曝光时间控制方法的一些缺点。对于PD是PIN型光电二极管的情况，PIN型光电二极管的底电位基本上由光电二极管的n-型植入剂量所界定。由于LSI制造工艺中的波动，在图像像素阵列中的光电二极管的底电位具有一个分布。另外，由于传递门(TX)阈电压的变动，Vskim在每个像素之中是不同的。每个Vpin在每个PD中是不同的，而且每个Vskim在每个Tx中是不同的，从而产生Vpin-Vskim的分布。然而，Vpin-Vskim是撇取后的剩余电荷，其还确定了传递特性的断点。这些断点的分布引起图像的固有图像噪音，降低了图像品质。

相反，对于像素单位的PD是通常的n-型光电二极管的情形，不生成固有图像噪音，但是这种类型的光电二极管具有大的泄漏。结果，对于低光照水平的场景，其图像品质不好。

现有技术中已经提出的其它HDR图像传感器方法也有缺点。一种方法是使用具有不同面积的光电二极管。在该方法中，图像像素阵列包括两种具有不同的光电二极管面积的像素。一个光电二极管面积是一个正常的尺寸，而另一个比较小。具有正常光电二极管面积的像素用于低光照水平和正常光照水平的场景。具有较小的光电二极管面积的像素用于高光照水平的场景。两种类型的信号在补偿后，在数字信号处理器(DAP)进行相加。结果，动态范围被扩展。然而，这种方法的一个缺点是可用于低光照水平和高光照水平场景的像素的数量，是阵列中像素数量的一半。如果所有的像素都用来产生图像，这将造成分辨率的降低。

另外，其它现有的HDR图像传感器是利用对数放大器。传感器以对数放大器而非线性放大器连接到每个像素。对数放大器扩展了动态范围。但是，该传感器有两个主要的缺点。一是低的灵敏度，另一个是由各对数放大器中的振幅差异导致的固有图像噪音。

因此，需要提供一种改进的HDR图像传感器，其能够获得100分贝动态范围而没有其它的缺点，如固有图像噪音、大的随机噪音或分辨率的下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的高动态范围的图像传感器，这种高动态范围的图像传感器既没有固有的图像噪音，也不会使分辨率下降。

本发明的另一目的是提供一种在具有光电二极管阵列的图像传感器中改善动态范围并减少图像浮散的方法。

一方面，为实现上述的发明目的，本发明提供了一种具有降低的图像浮散和扩展的动态范围的图像传感器，其包括：

像素单位的阵列，每个像素单位具有至少两个光电二极管，而且该阵列构造成准许独立地控制每个像素单位中的各个光电二极管的曝光时间；

选择读取时间的定时控制器，其中，每个像素单位具有长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管，并通过进一步选择读取时间，使得短曝光时间光电二极管作为从邻近的长曝光时间光电二极管所溢出过剩电荷的漏极。

在本发明图像传感器的某些实施方式中，每个长曝光时间光电二极管沿着垂直方向和/或水平方向具有最近的相邻短曝光时间光电二极管。例如，每个像素单位中的长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的相对位置(或方位)是交替变化的，使得长曝光时间光电二极管沿着垂直方向和/或沿着水平方向被两个短曝光时间光电二极管所邻接。

在上述本发明的图像传感器中，每个像素单位中的短曝光时间光电二极管可以由传递门连接到漂浮节点，并且每个像素单位中的漂浮节点可以进一步连接到复位器件，短曝光时间光电二极管在读取周期的第一部分期间作为漏极；在该第一部分期间，传递门和复位器件都被激活，以从短曝光时间光电二极管放出电荷。

上述本发明的图像传感器可以进一步包括微透镜阵列，该微透镜阵列具有用于长曝光时间光电二极管的透镜元件，该透镜元件优先地将较大百分比的入射光(或入射光的大部分)连接到长曝光时间光电二极管，以便改善灵敏度。这种微透镜阵列可以仅具有用于长曝光时间光电二极管的透镜元件；当然，也可以具有用于短曝光时间光电二极管的透镜元件，即微透镜阵列具有用于每个光电二极管的透镜元件，但最好用于长曝光时间光电二极管的透镜元件比用于短曝光时间光电二极管的透镜元件的面积大。

上述本发明的图像传感器还可以进一步包括处理器，该处理器将来自每个像素单位中长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的数据进行结合，以便扩展动态范围，例如扩展到约100分贝动态范围。

另一方面，为实现上述的发明目的，本发明还提供了一种具有降低的图像浮散的、高动态范围的图像传感器，其包括：

像素单位的阵列，每个像素单位具有长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管，该像素单位阵列具有准许独立控制长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的电连接；

连接到像素单位阵列的地址解码器；

定时控制器，其连接到地址解码器，以生成读取时间的控制信号，其中，在读取周期的部分期间，短曝光时间光电二极管作为从邻近的长曝光时间光电二极管所溢出过剩电荷的漏极。

上述的图像传感器中，在像素单位中，长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的相对位置可以是交替变化的，使得长曝光时间光电二极管沿着所述阵列的垂直和/或水平方向被短曝光时间光电二极管所邻接。其中，在每个像素单位中，长曝光时间光电二极管被第一传递门晶体管连接到漂浮节点，短曝光时间光电二极管被第二传递门晶体管连接到该漂浮节点，复位器件连接到该漂浮节点，而且放大器连接到该漂浮节点。

可选择地，第二传递门晶体管和复位器件被激活，以将短曝光光电二极管作为长曝光光电二极管的漏极。

上述的图像传感器可进一步包括微透镜阵列，该微透镜阵列具有用于长曝光时间光电二极管的透镜元件。在一实施方式中，该微透镜阵列优先地将光线聚焦到长曝光时间的光电二极管内，或者该透镜元件优先地将较大百分比的入射光连接到长曝光时间光电二极管，以改善灵敏度。

类似地，微透镜阵列可以仅具有用于长曝光时间光电二极管的透镜元件。当然，微透镜阵列可以具有用于每个光电二极管的透镜元件，但优选用于长曝光时间光电二极管的透镜元件的面积，大于用于短曝光时间光电二极管的透镜元件的面积。

再一方面，为实现上述的发明目的，本发明还提供了一种在具有光电二极管阵列的图像传感器中改善动态范围并减少图像浮散的方法，其中，每个像素单位具有至少两个光电二极管，包括：

在读取时间周期的第一部分中操作第一组光电二极管，使其作为长曝光时间光电二极管；

在读取时间周期的第二部分中操作第二组光电二极管，使其作为短曝光时间光电二极管；以及

在读取时间周期的第三部分中，进一步操作第二组光电二极管，使其作为从邻近的长曝光时间光电二极管所溢出过剩电荷的漏极。

在本发明的上述方法中，第一组光电二极管和第二组光电二极管被布置成使长曝光时间光电二极管沿着水平和/或垂直方向具有作为最近相邻的短曝光时间光电二极管。

上述的方法还可进一步包括将同一像素单位的、具有不同曝光时间的光电二极管的输出进行合并。

优选地，上述方法中，读取时间周期的第三部分与读取周期的第一部分重叠，使得在第一组光电二极管的曝光周期中第二组光电二极管放出过剩的电荷。更优选地，第一组光电二极管和第二组光电二极管的曝光定时相互差开(offset)，以准许分别读取每个像素单位中的长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管。

本发明的图像传感器可以通过定时控制器，独立地操作每个像素单位，使得图像传感器的动态范围被延长。通过选择定时信号，使短曝光时间光电二极管作为从长曝光时间光电二极管溢出的过剩电荷的溢流漏极，从而可减少图像浮散，消除固有的图像噪音，防止分辨率的降低。通过微透镜阵列优先地将光线聚焦到长曝光时间的光电二极管内，可以进一步改善灵敏度。

附图说明

下面，结合附图进行对本发明进行详细描述，以便更好地被理解本发明，其中：

图1A、1B、1C、1D和1E显示了依照现有技术、利用电荷撇取技术获得高动态范围；

图2是依照本发明一实施方式的具有图像浮散漏极的高动态范围图像传感器的框图；

图3A，3B和3C显示了依照本发明一实施方式的像素单位和相关读取时间的第一实施例；

图4A和4B显示了依照本发明一实施方式的像素单位和相关读取时间的第二实施例；

图5显示了依照本发明一实施方式的让短曝光光电二极管作为长曝光光电二极管的溢流漏极的读取时间周期；

图6A和6B显示了依照本发明一实施方式的在邻近像素单位中的长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的布置；以及

图7A和7B显示了依照本发明一实施方式的微透镜布置。

在上述各附图中，相似的参考标记用于指示相应的部件。

具体实施方式

图2是依照本发明的一实施方式的图像感应系统200的高级框图图。图像感应系统200包括像素阵列205以及行驱动器245、行解码器255、列驱动器260、列解码器270、采样/保持模块261、放大器262、模拟/直流电转换模块275和图像处理器280。定时和控制模块250为驱动解码器和行驱动器而生成信号。单独的定时信号是由定时和控制模块250生成，用于操作具有长曝光时间的一组光电二极管和具有短曝光时间的另一组光电二极管。来自长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的输出被图像处理器280结合，以获得高动态范围。图像处理器280可以，举例来说，被用作数字信号处理器。

在一实施方式中，像素阵列205中的每个像素单位中包括至少两个光电二极管，其被用作长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管。在应用中，每个单位单元中的光电二极管是基本上相同的光电二极管，除了具有不同的曝光时间之外。另外，在一实施方式中，进一步选择定时信号，使得短曝光时间光电二极管减少图像浮散，这是通过使短曝光时间光电二极管作为从长曝光时间光电二极管溢出的过剩电荷的溢流漏极而实现的。

示例性的单个像素单位300如图3A所示。像素单位包括具有自身传递晶体管(TXL)的长曝光时间光电二极管(PDL)。像素单位还包括具有自身传递晶体管(TXS)的短曝光时间光电二极管(PDS)。PDL和PDS均引入共用的漂浮扩散(FD)节点内，该漂浮扩散节点连接到源跟随器(SF)放大器晶体管。复位晶体管(RST)连接到FD节点。行选择(RS)晶体管优先地连接SF到位线。然而，也可以省略RS晶体管。在一实施方式中，每个位线具有四个转换器件(swithing device，DRK SW1、SGN SW1、DRK SW2和SGN SW2)和四个样本保持电容器(在图中未示出)。

图3B显示了用于图3A的具有两个光电二极管的像素单位的读取时间。其显示了用于各个晶体管(TXL、TXS、RST、DRK SW1、SGN SW1、DRK SW2和SGN SW2)的读取时间脉冲。两个光电二极管PDL和PDS有不同的曝光时间，如箭头390和392所显示。因为两个光电二极管的曝光时间是不同的，所以光电二极管有如图3C的左侧部分所显示的不同的各自传输曲线。长曝光光电二极管(PDL)有较高的灵敏度，但是在较低的光强水平是饱和的。另一方面，短曝光时间光电二极管(PDS)的灵敏度较差，但其在较高的光强水平变成饱和。PDL和PDS的输出被图像处理器相加，以生成具有扩展动态范围的、复合的响应传输曲线，如图3C的右侧部分所示。在这复合的响应传输曲线中，有两个斜坡区域。

可以设计具有各种变换形式的像素单位结构。特别地，每个像素单位中的转换器件以及采样/保持电容器的数目是可以变化的。在图4A的实施例中，与像素单位400相关的，有两个转换器件(DRK SW和SGN SW)和两个样本保持电容器(未示出)。对应的读取时间在图4B示出。TXL读取脉冲可以具有与TXS读取脉冲一样的脉冲宽度。可选择地，(如虚线450所显示)TXL读取脉冲宽度可以比较宽。在图3B的像素单位的可选择的实施例中，DRK SW1和DRKSW2还可以是共用的；对于这种情形，转换器件和采样/保持电容器的数目分别是三。

当长曝光PDL填充的电荷大于长曝光PDL的容量时，使得过剩电荷向邻近像素溢流，就会形成图像浮散。图像浮散是不受欢迎的，而且其减小传感器的分辨率。在一实施方式中，采用图像浮散溢流漏极的模式，在该模式中，短曝光光电二极管有两个功能：在读取时间周期的部分期间作为传统光电二极管，而在读取时间周期的另一部分期间则作为长曝光光电二极管的漏极。

图5显示了读取时间周期的一个示例，以使图像浮散最小化(用于类似图3A中所示的像素单位结构)。短曝光光电二极管如此进行读取时间的操作，使得为了减少图像浮散效应，使其作为长曝光光电二极管的溢流漏极。在PDL光电二极管的曝光时间的td部分期间，PDS光电二极管以溢流漏极的模式进行操作。在PDS的溢流漏极模式中，TXS和RST两者都被打开，以便放出从PDL光电二极管溢出到PDS光电二极管的过剩电荷。即，在溢流漏极模式中，溢出到PDS内的任何电子通过TXS和RST放出。然而，要注意溢流漏极模式是发生在与PDS的曝光期间不同的那部分读取定时周期的期间。另外，PDS和PDL的曝光期间是相互差开的(offset)，使得能够谐调进行定时，以读取来自PDS和PDL的积聚电荷。

短曝光时间光电二极管用作溢流漏极以减少图像浮散的效果，部分地取决于像素阵列中PDL和PDS光电二极管的布置。如前面所述，当过剩电荷通过扩散从PDL溢出时就产生图像浮散。通过PDS放出过剩电荷的效果，将取决于它离PDL多近以及它与PDL共用的边界有多长。当一PDS在垂直或者水平方向是PDL的最近的邻居、并沿着长的边缘与PDL交界时，便能够有效地放出溢流电荷。相反，当PDS在对角线的方向上为邻居并且仅沿着非常小的三角形的区域交界时，就不能非常有效地放出溢流电荷。因此，当PDS沿着水平或垂直方向是PDL的最近的邻居时，针对PDS的漏出电荷的作用最有效。

图6A和6B是像素阵列中PDL和PDS光电二极管的两个示例性的设置方式。在图6A中，每个像素单位600中的PDL和PDS具有相同的方位。即，PDL和PDS位于每个像素中相同的相对位置。结果，在这一示例中，各个PDL只沿着垂直方向有最近的相邻PDS光电二极管。如交叉影线所示，沿着垂直方向，最中心的PDL 605具有位于它上面的最近的相邻PDS 610和位于它下面的最近的相邻PDS 610。在图6B中，在像素单位600中，PDL和PDS光电二极管的相对位置，是跨像素单位600行而相互交替的。结果，在图6B中，最中心的PDL被四个最近的相邻PDS 610所包围。如图6B的交叉影线所显示，最中心的PDL具有沿着垂直方向在它上面的最近的相邻PDS、沿着垂直方向在它下面的最近的相邻PDS、沿着水平方向在它右侧的最近的相邻PDS、以及沿着水平方向在它左侧的最近的相邻PDS。因此，在图6B的示例中，像素单位的方位使PDL具有的可用作溢流漏极的、沿着水平和垂直方向最近的相邻PDS的数量是图6A中的两倍。

注意TXL和TXS金属线的排布，需要考虑能够独立地支持操作长曝光时间的光电二极管和短曝光时间的光电二极管，而且这种排布将取决于PDL和PDS光电二极管的布置。特别地，对于图6B的情形，TXL的金属线和TXS的金属线，可以要盘旋布置(serpentine arrangement)，以适应这种方式；在该方式中，长和短光电二极管的方位沿着像素单位的行交替变化。

参照图7A，是单个透镜元件710-A的微透镜阵列，其可以用来聚焦进入光电二极管的光。众所周知，在图像传感器领域，单个光电二极管只占芯片很小的面积，使得可以使用另外的透镜元件，以增加连接到光电二极管的光的百分比。在该实施例中，每个透镜元件710-A的面积是相同的。即，每个PDL和PDS接收来自具有相同面积的微透镜元件710-A的光。然而，在每个像素单位中有两个光电二极管的潜在缺点是灵敏度的降低。一个光电二极管是长曝光时间，另一个是短曝光时间。短曝光时间光电二极管的灵敏度被降低(因为与长曝光光电二极管相比，它积聚电荷的时间只占读取时间周期的一个非常小的百分比)。因此，当动态范围被增加时，一个趋势是灵敏度也被降低。在最坏的情形下，灵敏度被减小到正常传感器的一半。为了改善低的灵敏度，在一实施方式中，微透镜阵列优先地被设计成向PDL聚焦的光线的百分比大于向PDS聚焦的光线的百分比。这可通过将用于PDL和PDS的单个透镜元件的相对面积按比例制成不同的值而予以实现。在一实施方式中，微透镜710B只被提供到如图7B所示的PDL。这准许微透镜元件710B比图7A所示的常规对准的微透镜元件710-A大许多。可选择地，可以使每个PDS仅具有比PDL小的微透镜。传统微透镜制造技术可以用来制造优先将光连接到PDL的微透镜阵列。例如，在Yamamoto发明的美国专利6,818,934“具有以沟槽结构分隔的微透镜阵列的图像传感器及其制造方法”中，公开了一种示例性微透镜制造方法，其在此作为参考。注意，微透镜的实施方式可以独立于溢流漏极模式进行。

本发明比现有技术已知的HDR传感器具有许多优点。特别地，依照本发明的传感器可以实现具有100分贝动态范围，但是没有现有技术HDR传感器的分辨率下降、固有的图像噪音和大的随机噪音。特别地，尽管传输曲线与现有技术的曝光时间控制方法具有相似的形状，但是本发明的像素单位结构和读取时间不同。与现有技术曝光时间的控制方法不同，本发明中具有两个光电二极管的结构没有固有的图像噪音，即使这两个光电二极管是PIN型光电二极管。另外，本发明实施方式中，光电二极管的布置和读取定时方面，可以选择利用溢流漏极的模式，以改善图像浮散的特性。

为解释的目的，前面用特定的术语进行了描述，以便于本发明的完全理解。然而，本领域的技术人员可以理解，特定细节不是实现本发明所必需的。因此，本发明的前面描述的特定实施例只是为了示例和说明，而不是穷尽于此或者将本发明限制于所揭露的精确形式；显然地，根据上述的教导，可以获得许多修改和变化。被选择和描述的实施例能最好地解释本发明的原理和其实践应用，使得本领域技术人员能够最好地利用本发明和针对具体应用的各种变化的实施方式。但本发明的保护范围只由权利要求和其等同替换所限定。

Claims

1.一种具有降低的图像浮散和扩展的动态范围的图像传感器，其包括：

像素单位的阵列，每个所述像素单位具有至少两个光电二极管，所述阵列构造成准许独立地控制每个像素单位中的各个光电二极管的曝光时间；

选择读取时间的定时控制器，其中，每个所述像素单位具有长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管，并通过进一步选择读取时间，使得所述短曝光时间光电二极管作为从邻近的所述长曝光时间光电二极管所溢出过剩电荷的漏极。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，每个所述长曝光时间光电二极管沿着垂直方向和/或水平方向具有最近的相邻短曝光时间光电二极管。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，每个所述像素单位中的长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的相对位置是交替变化的，使得所述长曝光时间光电二极管沿着垂直方向被两个短曝光时间光电二极管所邻接，和/或沿着水平方向被两个短曝光时间光电二极管所邻接。

4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，每个所述像素单位中的短曝光时间光电二极管由传递门连接到漂浮节点，并且每个所述像素单位中的漂浮节点进一步连接到复位器件，所述短曝光时间光电二极管在读取周期的第一部分期间作为漏极，在第一部分期间，所述传递门和复位器件都被激活，以从所述短曝光时间光电二极管放出电荷。

5.如权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括微透镜阵列，所述微透镜阵列具有用于所述长曝光时间光电二极管的透镜元件，该透镜元件优先地将较大百分比的入射光连接到所述长曝光时间光电二极管，以便改善灵敏度。

6.如权利要求5所述的图像传感器，其中，所述的微透镜阵列仅具有用于所述长曝光时间光电二极管的透镜元件。

7.如权利要求5所述的图像传感器，其中，所述的微透镜阵列具有用于每个光电二极管的透镜元件，并且用于所述长曝光时间光电二极管的透镜元件比用于所述短曝光时间光电二极管的透镜元件的面积大。

8.如权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括处理器，该处理器将来自每个像素单位中所述长曝光时间光电二极管和所述短曝光时间光电二极管的数据进行结合，以便扩展所述的动态范围。

9.一种具有降低的图像浮散的、高动态范围的图像传感器，其包括：

像素单位的阵列，每个像素单位具有长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管，所述像素单位阵列具有准许独立控制所述长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的电连接；

连接到所述像素单位阵列的地址解码器；

定时控制器，其连接到所述地址解码器，以生成读取时间的控制信号，其中，在读取周期的部分期间，所述短曝光时间光电二极管作为从邻近的所述长曝光时间光电二极管所溢出过剩电荷的漏极。

10.如权利要求9所述的图像传感器，其中，所述像素单位中的长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管的相对位置是交替变化的，使得所述长曝光时间光电二极管沿着所述阵列的垂直和/或水平方向被所述短曝光时间光电二极管所邻接。

11.如权利要求9所述的图像传感器，其中，在每个所述像素单位中，所述长曝光时间光电二极管被第一传递门晶体管连接到漂浮节点，所述短曝光时间光电二极管被第二传递门晶体管连接到所述漂浮节点，复位器件连接到所述漂浮节点，而且放大器器件连接到所述漂浮节点。

12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，所述第二传递门晶体管和复位器件被激活，以将所述短曝光光电二极管作为所述长曝光光电二极管的漏极。

13.如权利要求9所述的图像传感器，其进一步包括微透镜阵列，所述微透镜阵列具有用于所述长曝光时间光电二极管的透镜元件，所述透镜元件优先地将较大百分比的入射光连接到所述长曝光时间光电二极管，以改善灵敏度。

14.如权利要求13所述的图像传感器，其中，所述微透镜阵列仅具有用于所述长曝光时间光电二极管的透镜元件。

15.如权利要求13所述的图像传感器，其中，所述微透镜阵列具有用于每个光电二极管的透镜元件，并且用于所述长曝光时间光电二极管的透镜元件的面积，大于用于所述短曝光时间光电二极管的透镜元件的面积。

16.一种在具有光电二极管阵列的图像传感器中改善动态范围并减少图像浮散的方法，其中，每个像素单位具有至少两个光电二极管，包括：

在读取时间周期的第三部分中，进一步操作所述第二组光电二极管，使其作为从邻近的长曝光时间光电二极管所溢出过剩电荷的漏极。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一组光电二极管和所述第二组光电二极管被布置成使所述长曝光时间光电二极管沿着水平和/或垂直方向具有作为最近相邻的短曝光时间光电二极管。

18.如权利要求16所述的方法，其进一步包括将同一像素单位的、具有不同曝光时间的光电二极管的输出进行合并。

19.如权利要求16所述的方法，其中，所述读取时间周期的第三部分与所述读取周期的第一部分重叠，使得在所述第一组光电二极管的曝光周期中所述第二组光电二极管放出过剩的电荷。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一组光电二极管和所述第二组光电二极管的曝光定时相互差开，以准许分别读取每个像素单位中的长曝光时间光电二极管和短曝光时间光电二极管。