CN104660925A - 控制像素阵列的方法及成像系统 - Google Patents

控制像素阵列的方法及成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104660925A
CN104660925A CN201410306807.8A CN201410306807A CN104660925A CN 104660925 A CN104660925 A CN 104660925A CN 201410306807 A CN201410306807 A CN 201410306807A CN 104660925 A CN104660925 A CN 104660925A
Authority
CN
China
Prior art keywords
row
pel array
pixel cell
control signal
read out
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410306807.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104660925B (zh
Inventor
代铁军
郭健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Omnivision Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omnivision Technologies Inc filed Critical Omnivision Technologies Inc
Publication of CN104660925A publication Critical patent/CN104660925A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104660925B publication Critical patent/CN104660925B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/587—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

本申请案涉及一种控制像素阵列的方法及一种成像系统。控制像素阵列的方法包含借助第二转移控制信号从所述像素阵列的行i的像素单元读出图像数据，所述第二转移控制信号经耦合以由包含于所述像素阵列的正被读出的所述行的所述像素单元中的转移晶体管接收。当从所述像素阵列的行i的所述像素单元读出所述图像数据时，借助第一转移控制信号在所述像素阵列的未被读出的其它行中独立地控制像素单元的曝光时间，所述第一转移控制信号经耦合以由包含于所述像素阵列的未被读出的所述其它行中的所述像素单元中的转移晶体管接收。

Description

控制像素阵列的方法及成像系统
技术领域
本发明一般来说涉及图像传感器，且更明确地说，本发明涉及高动态范围图像传感器。
背景技术
图像捕获装置包含图像传感器及成像透镜。成像透镜将光聚焦到图像传感器上以形成图像，且图像传感器将光转换为电信号。电信号从图像捕获装置输出到主机电子系统的其它组件。举例来说，电子系统可为移动电话、计算机、数码相机或医疗装置。
由于像素单元变得越来越小，因此对用以在从低光状态到亮光状态变化的大范围的照明状态内执行的图像传感器的需求变得越来越难以实现。此性能能力通常称为具有高动态范围成像(HDRI或替代地，仅HDR)。高动态范围成像是用于若干种应用(例如，举例来说汽车及机器视觉)的极合意特征。在常规图像捕获装置中，像素单元需要多个连续曝光，使得图像传感器既曝光于低光水平又曝光于高光水平以实现HDR。传统互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器由于有限的阱容量及固定曝光时间而具有低动态范围。
发明内容
在一个方面中，本发明描述一种控制像素阵列的方法，其包括：借助第二转移控制信号从所述像素阵列的行i的像素单元读出图像数据，所述第二转移控制信号经耦合以由包含于所述像素阵列的正被读出的所述行的所述像素单元中的转移晶体管接收；及当从所述像素阵列的行i的所述像素单元读出所述图像数据时，借助第一转移控制信号独立地控制所述像素阵列的未被读出的其它行中的像素单元的曝光时间，所述第一转移控制信号经耦合以由包含于所述像素阵列的未被读出的所述其它行中的所述像素单元中的转移晶体管接收。
在另一方面中，本发明描述一种成像系统，其包括：布置成行及列的像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：光电二极管，其适于响应于入射光而积累图像电荷；转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与浮动扩散部之间以将所述光电二极管中所积累的所述图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散部；及选择电路，其耦合到所述转移晶体管的控制端子以在第一与第二转移控制信号之间进行选择以控制所述转移晶体管，其中所述第二转移控制信号经耦合以在其中包含所述转移晶体管的行的读出操作期间控制所述转移晶体管，且其中所述第一转移控制信号经耦合以在与其中包含所述转移晶体管的所述行不同的行的读出操作期间控制所述转移晶体管；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，所述操作包含针对单个帧独立地控制所述像素阵列中的所述像素单元中的每一者的曝光时间；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从多个像素读出图像数据。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图，相似元件符号是指相似部件。
图1是根据本发明的教示的展示包含高动态范围读出架构的像素单元的电路的实例的电路图。
图2是根据本发明的教示的图解说明包含具有高动态范围读出架构的像素单元的像素阵列的实例成像系统的框图。
图3是根据本发明的教示的图解说明经执行以控制且读出来自包含具有高动态范围读出架构的像素单元的像素阵列的实例成像系统的图像数据的实例处理的流程图。
图4是根据本发明的教示的图解说明在包含具有高动态范围读出架构的像素单元的像素阵列的实例成像系统中发现的实例信号的时序图。
图5是根据本发明的教示的展示包含高动态范围读出架构的色彩像素单元的电路的实例的电路图。
贯穿图式的几个视图，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，各图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本发明的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大。此外，通常未描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的较不受阻挡的观看。
具体实施方式
在以下说明中，陈述众多特定细节以提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明了，无需采用所述特定细节来实践本发明。在其它例子中，未详细描述众所周知的材料或方法以便避免使本发明模糊。
在本说明书通篇中所提及的“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”意味着结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中的各个地方中出现的短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”未必全部是指同一实施例或实例。此外，所述特定特征、结构或特性可在一或多个实施例或实例中以任何适合组合及/或子组合而组合。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述功能性的其它适合组件中。另外，应了解，随本文提供的各图是出于向所属领域的技术人员阐释的目的且图式未必按比例绘制。
根据本发明的教示的实例描述供在高动态范围(HDR)图像传感器中使用的图像传感器像素单元，所述HDR图像传感器包含用于控制曝光且从每一像素单元读出HDR图像数据的控制电路。如将展示，提供改进动态范围性能的高度可编程及高效曝光控制及读出架构。在各种实例中，跨越像素阵列的每一个别像素单元的帧内可编程曝光控制具备多位分辨率，此实现跨越像素阵列的每一像素单元的最优操作。与已知的HDR成像解决方案相比，根据本发明的教示的实例可实现对每一个别像素单元的个别帧内曝光控制，此导致跨越像素阵列的经改进电荷积分。根据本发明的教示的此类曝光控制及读出技术消除对像素单元行在读出期间的多帧组合或下取样的需要，根据本发明的教示，此导致高帧速率及高空间分辨率。
为图解说明，图1是根据本发明的教示的展示包含高动态范围曝光控制及读出架构的像素单元101的实例的电路图。如所展示，像素单元101包含适于响应于入射光而积累图像电荷的光电二极管103。在一个实例中，入射光可为经由透镜及/或过滤器聚焦到像素单元上的光。转移晶体管105耦合于光电二极管103与浮动扩散部107之间以将光电二极管103中所积累的图像电荷选择性地转移到浮动扩散部107。
如在所绘示的实例中所展示，根据本发明的教示，像素单元101还包含选择电路117，所述选择电路耦合到转移晶体管105的控制端子以在第一转移控制信号TX1 125或第二转移控制信号TX2 127之间进行选择以控制转移晶体管105。在一个实例中，选择电路117包含第一开关S1 119及第二开关S2 121，且一次使第一转移控制信号TX1 125或第二转移控制信号TX2 127中的仅一者作用。在一个实例中，选择电路117的开关S2 121经耦合以将第二转移控制信号TX2 127提供到转移晶体管105的控制端子以在其中包含转移晶体管105的行的读出操作期间控制转移晶体管105。在所述实例中，选择电路117的开关S1 119经耦合以将第一转移控制信号TX1 125提供到转移晶体管105的控制端子以在与其中包含转移晶体管105的行不同的行的读出操作期间控制转移晶体管105。
因此，根据本发明的教示，当正被读出像素阵列的不同行时，第一转移控制信号TX1125可用于独立地控制像素单元101的曝光。因此，实现对每一个别像素单元101的个别帧内曝光控制，根据本发明的教示，此导致跨越整个像素阵列的经改进电荷积分。
继续图1中所绘示的实例，像素单元101进一步包含复位晶体管109，所述复位晶体管耦合到浮动扩散部107以响应于复位信号RST而将复位电压VRS选择性地耦合到浮动扩散部107以将浮动扩散部107复位。具有放大器栅极的放大器晶体管111耦合到浮动扩散部107。在所绘示实例中，放大器晶体管111是具有耦合到电压AVDD的漏极端子的源极随耦器耦合的晶体管。如在实例中所展示，放大器晶体管111经耦合以在放大器晶体管111的源极端子处将经放大信号提供到行选择晶体管113，所述行选择晶体管经耦合以响应于行选择信号RS而将来自像素单元101的图像数据提供到位线115。如将论述，在一个实例中，根据本发明的教示，位线115是包含于像素阵列中的用以将来自像素单元101的图像数据提供到读出电路的多个位线中的一者。
为图解说明，图2是根据本发明的教示的图解说明包含具有高动态范围读出架构的像素单元的像素阵列231的实例成像系统229的框图。在所图解说明实例中，应了解，包含于图2的像素阵列231中的像素单元中的每一者可为图1的像素单元101的实例。因此，应了解，下文所提及的类似地命名及编号的元件是有联系的且如上文所描述起作用。
如在图2中所绘示的实例中所展示，根据本发明的教示，控制电路233耦合到像素阵列231以控制像素阵列231的操作，所述操作包含针对单个帧独立地控制像素阵列231中的像素单元中的每一者的曝光时间。在实例中，读出电路235耦合到像素阵列231以经由多个位线215从像素阵列231的多个像素单元读出图像数据。
在一个实例中，由读出电路235读出的图像数据被转移到功能逻辑237。在一个实例中，读出电路235可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它。功能逻辑237可仅存储所述图像数据或甚至通过应用图像后效应(例如，修剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。像素阵列231可实施为前侧照明的图像传感器或背侧照明的图像传感器。如所图解说明，每一像素单元布置成像素阵列231中的行及列以获取人、地方或对象的图像数据，接着可使用所述图像数据来再现所述人、地方或对象的图像。
如在所绘示实例中所展示，控制电路233包含自动曝光控制件(AEC)，所述AEC还可称为曝光控制电路239。在一个实例中，根据本发明的教示，曝光控制电路239经耦合以从读出电路235读取图像数据以基于来自先前帧的像素单元的图像数据值而确定像素阵列231中的在后续帧中可受益于额外曝光时间的任何个别像素以提供HDR成像。在一个实例中，根据本发明的教示，曝光控制电路经耦合以针对单个帧为像素阵列231中的像素中的每一者个别地提供至多n+1个不同曝光时间以提供HDR成像。在实例中，根据本发明的教示，控制电路233包含模式产生器243，所述模式产生器耦合到曝光控制件239及像素阵列231以将第一转移控制信号TX1选择性地提供到包含于像素阵列231的非正被读出的行中的转移晶体管。根据本发明的教示，控制电路233还包含行解码器241，所述行解码器耦合到曝光控制电路239及像素阵列231以控制每一像素单元的选择电路中的开关S1及S2且将第二转移控制信号TX2提供到包含于像素阵列231的正从像素阵列231读出的行中的转移晶体管。
在操作中，根据本发明的教示，实例模式产生器243用于产生到像素阵列231的第一转移控制信号TX1模式，使得不同曝光时间可应用于帧中的像素阵列231中的每一个别像素单元以提供HDR成像。举例来说，如果假设trow为像素阵列231中的像素单元的单个行的读出时间，那么一个实例中的曝光时间可经控制为从20×trow到2n×trow，其中n为从1到10的整数。因此，在此实例中，根据本发明的教示，提供4位二进制曝光控制以实现HDR成像。实际上，根据本发明的教示，此实例图解说明曝光时间中的10位动态范围，此在与读出电路235中的实例列水平14位模/数转换器(ADC)组合时导致可实现24位动态范围的读出架构。
为图解说明，根据本发明的教示，图2展示其中正从像素阵列231读出单个帧的行i的实例，且假设曝光控制电路239依据先前帧已确定个别像素Pa、Pb、Pc、Pd、Pe及Pf可受益于单个帧中的额外曝光时间以便实现HDR成像。如在实例中所展示，像素Pa位于行i+21、列2处，像素Pb位于行i+21、列3处，像素Pc位于行i+22、列1处，像素Pd位于行i+2n-1、列j-1处，像素Pe位于行i+2n、列j处，且像素Pf位于行i+210、列j-3处。当然，应了解，根据本发明的教示，图2中的个别像素Pa、Pb、Pc、Pd、Pe及Pf在行i+21、i+22、...、i+210及列1到列j中的位置是出于阐释目的而提供且需要额外曝光时间的个别像素可位于像素阵列231中的其它位置处。
继续图2中所描述的实例，图3是根据本发明的教示的图解说明在从图2中所图解说明的实例成像系统229中的行i读出图像数据时经执行以个别地控制像素Pa、Pb、Pc、Pd、Pe及Pf的曝光时间的处理的实例的流程图345。在操作中，当读出每一行i中的像素单元时，同时执行曝光控制及列时序。根据本发明的教示，此允许执行高动态范围曝光而不牺牲帧速率或空间分辨率。
实际上，如将描述，图3图解说明其中从像素阵列的行i的像素单元读出图像数据的实例，其中第二转移控制信号TX2经耦合以由包含于像素阵列的正被读出的行的像素单元中的转移晶体管接收。另外，根据本发明的教示，当从像素阵列的行i的像素单元读出图像数据时，针对像素阵列的未被读出的其它行≠i中的像素单元而独立地控制曝光时间，其中第一转移控制信号TX1经耦合以由包含于像素阵列的未被读出的其它行中的像素单元中的转移晶体管接收。
为图解说明，读出行i的处理在图3的过程框347处开始。此时，根据本发明的教示，开始列读出时序以读出行i，同时开始自动曝光控制以个别地控制像素阵列中的未被读出的其它行中的像素的曝光时间。过程框349展示开始产生列读出相关的时序控制信号。在准备好列读出相关的时序控制信号之后，过程框351展示接着执行来自行i的像素单元的图像数据的列数据读出。在一个实例中，根据本发明的教示，使用第二转移控制信号TX2及行选择RS开关(即，如下文将进一步论述的过程框359中所展示)执行在过程框351中从像素单元读出的图像数据。
相对于像素阵列的未被读出的行≠i，实例流程图345的左边部分展示通过扫掠像素阵列的未被读出的其它行的初始部分而在个别像素单元中使用第一转移控制信号TX1来控制曝光时间。在针对将读出的行i准备好列读出相关的时序控制信号之前，调整此初始部分中的个别像素的曝光时间。
举例来说，图3中的过程框353展示当行地址为i+21时，产生用以列2及3中的像素单元的TX1曝光控制信号，所述像素单元对应于图2中所图解说明的实例中的像素单元Pa及Pb。图3中的过程框355展示当行地址为i+22时，产生用以列1中的像素单元的TX1曝光控制信号，所述像素单元对应于图2中所图解说明的实例中的像素单元Pc。图3中的过程框357展示当行地址为i+2n-1时，产生用以列j-1中的像素单元的TX1曝光控制信号，所述像素单元对应于图2中所图解说明的实例中的像素单元Pd。
在实例中，假设针对像素阵列的将读出的行i现在准备好实例流程图345的右边部分上所描述的列读出相关的时序控制信号。在此实例中，暂时中止自动曝光控制且将行地址设定为i。过程框359展示启用第二转移控制信号TX2及行选择RS开关以启用用以读出来自行i的像素单元的图像数据的过程框351。
在实例中，根据本发明的教示，在于过程框351中读出行i的像素单元之后，扫掠像素阵列的未被读出的其它行的其余部分以借助第一转移控制信号TX1独立地控制曝光时间。
举例来说，图3中的过程框361展示在于过程框351中读出行i的像素单元之后，重新开始自动曝光控制且行地址为i+2n。产生用以列j中的像素单元的TX1曝光控制信号，所述像素单元对应于图2中所图解说明的实例中的像素单元Pe。图3中的过程框363展示当行地址为i+210时，产生用以列i-2中的像素单元的TX1曝光控制信号，所述像素单元对应于图2中所图解说明的实例中的像素单元Pf。
根据本发明的教示，过程框365展示在已完成调整像素阵列的未被读出的其它行中的像素单元的曝光时间的自动曝光控制之后及在已读出行i之后，将行地址递增到i+1且处理循环返回到过程框347。
继续以上在图2到3中所描述的实例，图4是根据本发明的教示的图解说明图2的实例成像系统229中发现的实例信号的时序图467，其中像素Pa、Pb、Pc、Pd、Pe及Pf的曝光时间经个别地控制以在读出来自行i的图像数据时提供HDR成像。如在实例中所展示，且类似于上文关于图3所描述的实例，当正被读出行i时，读出地址为i。在针对将读出的行i的像素单元准备好列读出相关的时序控制信号之前，TX2(例如，第二转移控制信号TX2 127)、S2(例如，开关S2121)及行选择信号(例如晶体管113处的RS信号)保持不作用，如所展示。
类似于上文关于图3所论述的实例，在等待针对将读出的行i的像素单元准备好列读出相关的时序控制信号时，曝光控制电路(例如，曝光控制电路239)个别地调整未被读出的行的初始部分中的像素单元的曝光时间。因此，曝光控制地址以地址i+21开始，此时，选择电路(例如，选择电路117)经设定以激活开关S1(例如，开关S1 119)以使得TX1(例如，第一转移控制信号TX1 125)的曝光控制模式能够调整行i+21的列2及3处的像素单元Pa及Pb的曝光时间。接下来，将曝光控制地址设定为i+22，此时，选择电路(例如，选择电路117)经设定以激活开关S1(例如，开关S1 119)以使得TX1(例如，第一转移控制信号TX1 125)的曝光控制模式能够调整行i+22的列1处的像素单元Pc的曝光时间。图4展示处理继续且恰好在时间t1之前将曝光控制地址最终设定为i+2n，此时，选择电路(例如，选择电路117)经设定以激活开关S1(例如，开关S1119)以使得TX1(例如，第一转移控制信号TX1 125)的曝光控制模式能够调整行i+2n的列j处的像素单元Pe的曝光时间。
在时间t1处，假设针对将读出的行i的像素单元现在准备好列读出相关的时序控制信号。因此，激活TX2(例如，第二转移控制信号TX2 127)、S2(例如，开关S2 121)及行选择信号(例如晶体管113处的RS信号)且去激活S1(例如，开关S1 119)，如所展示。此时，读出行i的像素单元。
在实例中，在读出行i的像素单元之后，曝光控制电路(例如，曝光控制电路239)个别地调整未被读出的行的其余部分中的像素单元的曝光时间。因此，图4展示曝光控制地址最终将曝光控制地址设定为地址i+210，此时，选择电路(例如，选择电路117)经设定以激活开关S1(例如，开关S1 119)以使得TX1(例如，第一转移控制信号TX1 125)的曝光控制模式能够调整行i+210的列j-2处的像素单元Pf的曝光时间。
根据本发明的教示，在已读出行i及已对不读取的其它行的个别像素单元进行曝光时间调整之后，处理继续读出下一行i+1且调整未被读出的其它行中的像素单元的曝光时间。
图5是根据本发明的教示的展示包含高动态范围读出架构的色彩像素单元569的电路的实例的电路图。在所图解说明实例中，应了解，图5的像素单元569与图1的像素单元101共享许多类似性。因此，应了解，下文所提及的类似地命名及编号的元件是有联系的且如上文所描述起作用。
在所图解说明实例中，根据本发明的教示，像素单元569包含如所展示经布置以分别响应于入射红色、绿色及蓝色光而积累图像电荷的光电二极管503R、503G、504G及505B。因此，提供色彩像素单元569。转移晶体管505B耦合于光电二极管503B与浮动扩散部507A之间以将光电二极管503B中所积累的图像电荷选择性地转移到浮动扩散部507A。类似地，转移晶体管506G耦合于光电二极管504G与浮动扩散部507A之间以将光电二极管504G中所积累的图像电荷选择性地转移到浮动扩散部507A。
另外，转移晶体管505G耦合于光电二极管503G与浮动扩散部507B之间以将光电二极管503G中所积累的图像电荷选择性地转移到浮动扩散部507B。类似地，转移晶体管505R耦合于光电二极管503R与浮动扩散部507B之间以将光电二极管503R中所积累的图像电荷选择性地转移到浮动扩散部507B。
如在所绘示实例中所展示，根据本发明的教示，像素单元569还包含开关S1a 519A及S2a 521A，所述开关可视为第一选择电路，且所述开关耦合到转移晶体管505B及505G的控制端子以在第一转移控制信号TX1 525或第二转移控制信号TX2 527之间进行选择以控制转移晶体管505B及505G。在一个实例中，一次使第一转移控制信号TX1 525或第二转移控制信号TX2 527中的仅一者作用。在一个实例中，开关S2a 521A经耦合以将第二转移控制信号TX2 527提供到转移晶体管505B及505G的控制端子以在其中包含转移晶体管505B及505G的行的读出操作期间控制转移晶体管505B及505G。在实例中，开关S1a 519A经耦合以将第一转移控制信号TX1 525提供到转移晶体管505B及505G的控制端子以在与其中包含转移晶体管505B及505G的行不同的行的读出操作期间控制转移晶体管505B及505G。
继续图5中所绘示的实例，根据本发明的教示，像素单元569还包含开关S1b 519B及S2a 521B，所述开关可视为第二选择电路，且所述开关耦合到转移晶体管506G及505R的控制端子以在第一转移控制信号TX1 525或第二转移控制信号TX2 527之间进行选择以控制转移晶体管506G及505R。在一个实例中，开关S2b 521B经耦合以将第二转移控制信号TX2 527提供到转移晶体管506G及505R的控制端子以在其中包含转移晶体管506G及505R的行的读出操作期间控制转移晶体管506G及505R。在实例中，开关S1b 519B经耦合以将第一转移控制信号TX1 525提供到转移晶体管506G及505R的控制端子以在与其中包含转移晶体管506G及505R的行不同的行的读出操作期间控制转移晶体管506G及505R。
因此，根据本发明的教示，类似于图1的像素单元101，在正被读出像素阵列的不同行时，图5的第一转移控制信号TX1 525可用于独立地控制像素单元569的曝光。因此，实现针对每一个别像素单元569的个别帧内曝光控制，此导致跨越根据本发明的教示的整个像素阵列的经改进电荷积分。
继续图5中所绘示的实例，像素单元569进一步包含复位晶体管509A及509B，所述复位晶体管分别耦合到浮动扩散部507A及507B以响应于复位信号RST而分别将复位电压Vrs选择性地耦合到浮动扩散部507A及507B以将浮动扩散部507A及507B复位。放大器晶体管511A及511B包含分别耦合到浮动扩散部507A及507B的相应放大器栅极。在所绘示实例中，放大器晶体管511A及511B是具有耦合到电压AVDD的其相应漏极端子的源极随耦器耦合的晶体管。如在实例中所展示，放大器晶体管511A及511B经耦合以在其相应源极端子处将相应经放大信号提供到相应行选择晶体管513A及513B，所述行选择晶体管经耦合以响应于行选择信号RS而将来自像素单元569的图像数据提供到位线515A及515B，如所展示。在一个实例中，根据本发明的教示，位线515A及515将来自像素单元569的图像数据提供到类似于(举例来说)图2的读出电路235的读出电路。
包含发明摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实例的以上说明并非打算为穷尽性或限制于所揭示的确切形式。虽然出于说明性目的而在本文中描述本发明的特定实施例及实例，但可在不背离本发明的较宽广精神及范围的情况下做出各种等效修改。
可根据以上详细说明对本发明的实例做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，所述范围将完全由所附权利要求书来确定，所附权利要求书将根据权利要求阐述的既定原则来加以理解。本说明书及各图据此应视为说明性的而非限制性的。

Claims (16)

1.一种控制像素阵列的方法，其包括：
借助第二转移控制信号从所述像素阵列的行i的像素单元读出图像数据，所述第二转移控制信号经耦合以由包含于所述像素阵列的正被读出的所述行的所述像素单元中的转移晶体管接收；及
当从所述像素阵列的行i的所述像素单元读出所述图像数据时，借助第一转移控制信号独立地控制所述像素阵列的未被读出的其它行中的像素单元的曝光时间，所述第一转移控制信号经耦合以由包含于所述像素阵列的未被读出的所述其它行中的所述像素单元中的转移晶体管接收。
2.根据权利要求1所述的控制像素阵列的方法，其中从所述像素阵列的所述行i的像素单元读出图像数据包括：
开始列读出时序；
产生列读出相关的时序控制信号；及
在准备好所述列读出相关的时序控制信号之后，借助所述第二转移控制信号从所述像素阵列的所述行i的所述像素单元读出所述图像数据。
3.根据权利要求2所述的控制像素阵列的方法，其中独立地控制所述像素阵列的未被读出的所述其它行中的像素单元的所述曝光时间包括：
在针对所述像素阵列的将读出的所述行i准备好所述列读出相关的时序控制信号之前，扫掠所述像素阵列的未被读出的其它行的初始部分以借助所述第一转移控制信号在所述像素阵列的未被读出的所述其它行的所述初始部分中的像素单元中独立地控制所述曝光时间；
在针对所述像素阵列的将读出的所述行i准备好所述列读出相关的时序控制信号之后，暂时中止借助所述第一转移控制信号在所述像素阵列的所述其它行中的所述像素单元中独立地控制所述曝光时间；及
在读出所述像素阵列的所述行i之后，扫掠所述像素阵列的未被读出的其它行的其余部分以借助所述第一转移控制信号在所述像素阵列的未曾读出的所述其它行的所述其余部分中的所述像素单元中独立地控制所述曝光时间。
4.根据权利要求1所述的控制像素阵列的方法，其进一步包括从所述像素阵列的下一行i+1的像素单元读出图像数据。
5.根据权利要求1所述的控制像素阵列的方法，其中借助所述第二转移控制信号从所述像素阵列的所述行i的像素单元读出图像数据包括：将所述第二转移控制信号选择为耦合到包含于所述像素阵列的正被读出的所述行的所述像素单元中的所述转移晶体管。
6.根据权利要求1所述的控制像素阵列的方法，其中独立地控制所述像素阵列的未被读出的所述其它行中的像素单元的所述曝光时间包括：将所述第一转移控制信号选择为耦合到包含于所述像素阵列的未被读出的所述其它行中的所述像素单元中的所述转移晶体管。
7.一种成像系统，其包括：
布置成行及列的像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：
光电二极管，其适于响应于入射光而积累图像电荷；
转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与浮动扩散部之间以将所述光电二极管中所积累的所述图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散部；及
选择电路，其耦合到所述转移晶体管的控制端子以在第一与第二转移控制信号之间进行选择以控制所述转移晶体管，其中所述第二转移控制信号经耦合以在其中包含所述转移晶体管的行的读出操作期间控制所述转移晶体管，且其中所述第一转移控制信号经耦合以在与其中包含所述转移晶体管的所述行不同的行的读出操作期间控制所述转移晶体管；
控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，所述操作包含针对单个帧独立地控制所述像素阵列中的所述像素单元中的每一者的曝光时间；及
读出电路，其耦合到所述像素阵列以从多个像素读出图像数据。
8.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述控制电路包括自动曝光控制电路，所述自动曝光控制电路经耦合以针对所述单个帧为所述像素阵列中的所述像素中的每一者提供至多n+1个不同曝光时间。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其中trow为所述像素阵列的单个行的读出时间，且其中所述n+1个不同曝光时间介于从20×trow到2n×trow的范围内。
10.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述控制电路经耦合以产生所述第一及第二转移控制信号以针对所述单个帧个别地控制所述像素阵列中的所述像素中的每一者的曝光时间。
11.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述控制电路经耦合以将所述第一转移控制信号提供到包含于所述像素阵列的未被读出的行中的转移晶体管，同时所述控制电路进一步将所述第二转移控制信号提供到包含于所述像素阵列的正被读出的行中的转移晶体管。
12.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述控制电路进一步包括模式产生器，所述模式产生器耦合到所述像素阵列以将所述第一转移控制信号提供到包含于所述像素阵列的未被读出的所述行中的所述转移晶体管。
13.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述控制电路进一步包括行解码器，所述行解码器耦合到所述像素阵列以将所述第二转移控制信号提供到包含于所述像素阵列的正被读出的所述行中的所述转移晶体管。
14.根据权利要求7所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑耦合到所述读出电路以存储从所述多个像素读出的所述图像数据。
15.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述像素单元中的每一者进一步包含：
复位晶体管，其耦合到所述浮动扩散部以将所述浮动扩散部选择性地复位；
放大器晶体管，其具有耦合到所述浮动扩散部的放大器栅极；及
行选择晶体管，其耦合于位线与所述放大器晶体管之间，其中所述位线耦合到所述读出电路。
16.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述像素单元中的每一者适于感测具有红色、绿色或蓝色中的一者的色彩的入射光。
CN201410306807.8A 2013-11-21 2014-06-30 控制像素阵列的方法及成像系统 Active CN104660925B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/086,832 US9118851B2 (en) 2013-11-21 2013-11-21 High dynamic range image sensor read out architecture
US14/086,832 2013-11-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104660925A true CN104660925A (zh) 2015-05-27
CN104660925B CN104660925B (zh) 2018-01-23

Family

ID=53172932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410306807.8A Active CN104660925B (zh) 2013-11-21 2014-06-30 控制像素阵列的方法及成像系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9118851B2 (zh)
CN (1) CN104660925B (zh)
HK (1) HK1210892A1 (zh)
TW (1) TWI549507B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106454141A (zh) * 2015-08-07 2017-02-22 豪威科技股份有限公司 实施堆叠芯片高动态范围图像传感器的方法及系统
CN106888356A (zh) * 2017-03-31 2017-06-23 北京思比科微电子技术股份有限公司 可变行长曝光控制的实现方法
CN108206919A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 豪威科技股份有限公司 像素电路及成像系统
CN108270979A (zh) * 2016-12-20 2018-07-10 豪威科技股份有限公司 高动态范围像素电路及使用高动态范围像素电路的图像系统

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10057521B1 (en) * 2016-08-11 2018-08-21 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc High-speed CMOS camera
US10547804B2 (en) * 2016-10-12 2020-01-28 Omnivision Technologies, Inc. Pixel readout structure and timing to provide fixed pattern noise reduction in image sensors
US9961279B1 (en) 2016-12-20 2018-05-01 Omnivision Technologies, Inc. Blooming free high dynamic range image sensor read out architecture using in-frame multi-bit exposure control
CN114567740A (zh) 2017-04-05 2022-05-31 株式会社尼康 摄像元件及摄像装置
US10582143B2 (en) 2017-05-29 2020-03-03 Imec Vzw Programmable state machine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070013797A1 (en) * 2005-07-12 2007-01-18 Micron Technology, Inc. Dual conversion gain gate and capacitor and HDR combination
CN101919238A (zh) * 2007-10-26 2010-12-15 豪威科技有限公司 用于色彩内插法的、具有简化存储器的高动态范围的图像传感器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6175383B1 (en) 1996-11-07 2001-01-16 California Institute Of Technology Method and apparatus of high dynamic range image sensor with individual pixel reset
US7079178B2 (en) * 2001-02-20 2006-07-18 Jaroslav Hynecek High dynamic range active pixel CMOS image sensor and data processing system incorporating adaptive pixel reset
JP2004252902A (ja) * 2003-02-21 2004-09-09 Pentax Corp 電源電圧低減方法および電源電圧低減手段、およびｃｃｄ駆動手段
JP2007536667A (ja) * 2004-05-05 2007-12-13 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 集積回路を備えるモバイル装置およびそのような回路をパワーダウンする方法
JP4788589B2 (ja) * 2006-12-13 2011-10-05 カシオ計算機株式会社 撮像装置
US7825966B2 (en) * 2007-06-29 2010-11-02 Omnivision Technologies, Inc. High dynamic range sensor with blooming drain
KR101094246B1 (ko) * 2009-03-16 2011-12-19 이재웅 넓은 동적범위를 갖는 씨모스 이미지 센서
US9344649B2 (en) * 2013-08-23 2016-05-17 Semiconductor Components Industries, Llc Floating point image sensors with different integration times

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070013797A1 (en) * 2005-07-12 2007-01-18 Micron Technology, Inc. Dual conversion gain gate and capacitor and HDR combination
US20100188546A1 (en) * 2005-07-12 2010-07-29 Mckee Jeffrey A Dual conversion gain gate and capacitor and hdr combination
CN101919238A (zh) * 2007-10-26 2010-12-15 豪威科技有限公司 用于色彩内插法的、具有简化存储器的高动态范围的图像传感器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106454141A (zh) * 2015-08-07 2017-02-22 豪威科技股份有限公司 实施堆叠芯片高动态范围图像传感器的方法及系统
CN108206919A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 豪威科技股份有限公司 像素电路及成像系统
CN108270979A (zh) * 2016-12-20 2018-07-10 豪威科技股份有限公司 高动态范围像素电路及使用高动态范围像素电路的图像系统
CN108206919B (zh) * 2016-12-20 2020-05-01 豪威科技股份有限公司 像素电路及成像系统
CN106888356A (zh) * 2017-03-31 2017-06-23 北京思比科微电子技术股份有限公司 可变行长曝光控制的实现方法
CN106888356B (zh) * 2017-03-31 2019-09-24 北京思比科微电子技术股份有限公司 可变行长曝光控制的实现方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201521444A (zh) 2015-06-01
US20150138410A1 (en) 2015-05-21
CN104660925B (zh) 2018-01-23
US9118851B2 (en) 2015-08-25
HK1210892A1 (zh) 2016-05-06
TWI549507B (zh) 2016-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104660925A (zh) 控制像素阵列的方法及成像系统
US8803990B2 (en) Imaging system with multiple sensors for producing high-dynamic-range images
US7256382B2 (en) Solid state imaging device, method of driving solid state imaging device and image pickup apparatus
US9030583B2 (en) Imaging system with foveated imaging capabilites
US9756269B2 (en) Pixel array with shared pixels in a single column and associated devices, systems, and methods
US9402038B2 (en) Solid-state imaging device and method of driving comprising a first and second accumulation sections for transferring charges exceeding the saturation amount
US8792033B2 (en) Image pickup apparatus capable of changing operation condition of image sensing device and control method therefor
US20120188423A1 (en) High-dynamic-range imaging devices
US7821571B2 (en) Solid-state imaging device, method of driving solid-state imaging device, and imaging apparatus
US20130033631A1 (en) Solid-state imaging device and imaging device
JP2017055322A (ja) 撮像装置、撮像システム、および、撮像装置の制御方法
US10630897B2 (en) Image sensors with charge overflow capabilities
US20130141618A1 (en) Solid-state imaging device, imaging apparatus and signal reading method
CN103607547A (zh) 镜像像素成像装置及其成像方法
US10362252B2 (en) Solid-state image sensor, image capturing apparatus and control method thereof, and storage medium
US20160037101A1 (en) Apparatus and Method for Capturing Images
CN104427272A (zh) 用于从图像传感器读取图像数据的方法及设备
US9706147B2 (en) Pixel circuit with fast read out
US9491379B2 (en) Solid-state image pickup device which increases video reading speed and reduces distortion
US10708528B2 (en) Image sensors having dummy pixel rows
JP2013115793A (ja) 撮像装置
CN203801011U (zh) 成像装置
JP2015180005A (ja) 固体撮像素子およびその駆動方法、並びに撮像装置
JP6375614B2 (ja) 固体撮像素子及び撮像装置
JP2016213795A (ja) 撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1210892

Country of ref document: HK

CB02 Change of applicant information

Address after: American California

Applicant after: OmniVision Technologies, Inc.

Address before: American California

Applicant before: Omnivision Tech Inc.

COR Change of bibliographic data
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1210892

Country of ref document: HK