CN107895729B - 减少照明诱发的闪烁的图像传感器像素和成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种减少照明诱发的闪烁的图像传感器像素和一种成像系统。实例图像传感器像素可包含光电二极管、转移栅极、抗溢出栅极及第一及第二源极跟随器晶体管。所述光电二极管可捕获光且作为响应产生电荷，且所述光电二极管可具有电荷容量。所述转移栅极可将电荷选择性地转移到第一浮动扩散区，且当所述产生的电荷大于所述光电二极管电荷容量时，所述抗溢出栅极可将过量电荷选择性地转移到第二浮动扩散区。所述第一源极跟随器晶体管可通过栅极直接耦合到所述第一浮动扩散区，所述第一源极跟随器响应于第一行选择晶体管的启用选择性地输出第一信号到第一位线，且所述第二源极跟随器晶体管可电容耦合到所述第二浮动扩散区，所述第二源极跟随器响应于第二行选择晶体管的启用选择性地输出第二信号到第二位线。

Description

减少照明诱发的闪烁的图像传感器像素和成像系统
技术领域
本发明大体涉及图像传感器，且特定来说但非排他性地，涉及具有像素的图像传感器，所述像素用于在所述图像传感器未诱发闪烁的情况下检测高强度光源。
背景技术
高速图像传感器已广泛用于不同领域中的许多应用，所述领域包含汽车领域、机器视觉领域及专业视频摄像领域。这些领域中的一些应用需要检测及捕获LED光，这被证明是有困难的。例如，汽车图像传感器面临LED闪烁的问题。未来汽车车灯、交通灯和标志将包含具有高峰值光强度的在90到300Hz下脉冲化的LED。这要求将最小曝光时间保持在10ms内。因此，需要非常高的满阱容量或非常低的光强度来避免像素饱和及失去有用的信息。
解决有用信息从饱和像素溢流和丢失的当前解决方案包含使用横向溢流集成电容器(LOFIC)增强满阱容量。当光电二极管在达到对应FWC之后充满时，过量的电荷泄漏到浮动漏极中。连接到浮动漏极的大电容器接着可存储过量的电荷。然而，最大满阱容量因此受浮动漏极电容器而不是光电二极管满阱容量限制。其它解决方案涉及使用非线性传感器(例如，对数传感器)来放大满阱容量，或使用分离二极管像素或子像素传感器来通过最小化小光电二极管的灵敏度而维持最小曝光时间。
发明内容
第一方面，提供一种减少高照明诱发的闪烁的图像传感器像素。所述图像传感器像素包含：光电二极管，其捕获光且作为响应产生电荷，所述光电二极管具有电荷容量；转移栅极，其将电荷选择性地转移到第一浮动扩散区；抗溢出栅极，当所述经产生的电荷大于所述光电二极管电荷容量时所述抗溢出栅极将过量电荷选择性地转移到第二浮动扩散区，所述过量电荷为大于所述光电二极管电荷容量的电荷量；第一源极跟随器晶体管，其通过栅极直接耦合到所述第一浮动扩散区，所述第一源极跟随器响应于第一行选择晶体管的启用而选择性地将第一信号输出到第一位线；及第二源极跟随器晶体管，其电容耦合到所述第二浮动扩散区，所述第二源极跟随器响应于第二行选择晶体管的启用而选择性地将第二信号输出到第二位线。
第二方面，提供一种用于在不诱发闪烁的情况下检测高照明源的成像系统。所述成像系统包含：像素阵列，其包含多个像素，每一像素包含：光电二极管，其接收图像光且作为响应产生电荷，所述光电二极管具有电荷存储容量；第一及第二浮动扩散区；转移栅极，其将由所述光电二极管产生的电荷选择性地耦合到所述第一浮动扩散区；抗溢出栅极，其将由所述光电二极管产生的过量电荷选择性地耦合到所述第二浮动扩散区，所述过量电荷为超过所述光电二极管的所述电荷存储容量的所产生的电荷量；第一及第二源极跟随器晶体管，所述第一源极跟随器晶体管直接耦合到所述第一浮动扩散区；及电容器，其将所述第二浮动扩散区电容耦合到所述第二源极跟随器晶体管。
第三方面，提供一种图像传感器像素。所述图像传感器像素包含：光电二极管，其捕获图像光且作为响应产生图像电荷，所述光电二极管具有满阱容量；第一及第二浮动扩散区；转移栅极，其经耦合以将图像电荷选择性地转移到所述第一浮动扩散区；抗溢出栅极，其经耦合以将过量图像电荷选择性地转移到所述第二浮动扩散区，所述过量图像电荷为超过所述光电二极管满阱容量的图像电荷；第一源极跟随器晶体管，其通过所述第一源极跟随器晶体管的栅极直接耦合到所述第一浮动扩散区；第二源极跟随器晶体管，其通过所述第二源极跟随器的栅极电容耦合到所述第二浮动扩散；第一及第二行选择晶体管，其经耦合以响应于行选择信号将所述第一及第二源极跟随器选择性地耦合到第一及第二位线；及第一及第二复位晶体管，其经耦合以响应于复位信号分别复位所述第一及第二浮动扩散区。
附图说明
参考下列图描述本发明的非限制性及非穷举性实例，其中除非另外指定，否则贯穿各个视图的类似的参考符号指代类似的部分。
图1是说明根据本发明的实施例的在无闪烁的情况下检测高强度照明的实例成像系统的框图。
图2是根据本发明的实施例的用于减少归因于高照明的闪烁的像素的说明性示意图。
图3是根据本发明的实施例的用于减少归因于高照明的闪烁的像素的说明性示意图。
图4是根据本发明的实施例的用于减少归因于高照明的闪烁的像素的说明性示意图。
图5是根据本发明的实施例的用于减少高强度光诱发的闪烁的像素的说明性示意图。
贯穿附图的若干视图的对应参考符号指示对应组件。技术人员将了解，图中的元件出于简明和清晰的目的而说明且不必要按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可相对其它元件放大来帮助改进对本发明的各种实施例的理解。同样地，通常不描绘商业上可行的实施例中有用或必要的常见又易于理解的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的较少阻碍的观察。
具体实施方式
本文中描述具有减少或消除由高强度照明引起的闪烁的像素的图像传感器的设备和方法的实例。在下列描述中，陈述许多特定细节以提供对实例的透彻通透理解。然而但是，相关领域的技术人员将认识到；本文描述的技术可在没有一或多个特定细节的情况下或用其它方法、组件、材料等实践。在其它例子中，不详细展示或描述众所周知公知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。
贯穿此说明书的对“一个实例”或“一个实施例”的参考意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书出现在各种位置的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”不一定都指代相同实例。此外，特定特征、结构或特性可在一或多个实例中以任何适当方式组合。
贯穿本说明书，使用若干技术术语。这些术语具有其在其所出自的领域中的一般含义，除非在本文具体定义或在使用其的上下文中另外清楚地提出。应注意，在整个本文献中可互换使用元件名称和符号(例如，Si对硅)；但是，二者具有相同含义。
图1是说明根据本发明的实施例的在无闪烁的情况下检测高强度照明的实例成像系统100的框图。成像系统100可为互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器。如在图1的所说明的实施例中所展示，成像系统100包含耦合到控制电路108和读出电路106的像素阵列102，读出电路106耦合到功能逻辑112。
像素阵列102的所说明的实施例为成像传感器或像素单元104(例如，像素单元P1、P2、…、Pn)的二维(“2D”)阵列。在一个实例中，每一像素单元是CMOS成像像素。如说明，每一像素单元经布置在行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)中以获得人员、位置或对象等的图像数据，其可接着用于呈现人员、位置或对象等的图像。在一些实施例中，每一像素单元104(例如，像素单元P1、P2、…、Pn)可包含多个子像素，其分别包含多个光电二极管和多个相关联的转移栅极晶体管和抗溢出栅极晶体管。
在一个实例中，在每一像素已经获得其图像数据或图像电荷之后，图像数据通过读出列位线110由读出电路106读出且接着被转移到功能逻辑112。在一些实施例中，每个像素可存在两个位线110。在各种实例中，读出电路106可包含放大电路(未说明)、包含模/数转换(ADC)电路的列读出电路或其它。在每个像素具有两个位线110的实施例中，读出电路106可组合两个位线110上提供的图像电荷且将图像电荷聚集到图像数据中。功能逻辑112可仅存储图像数据或甚至通过应用图像后效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)而操纵图像数据。在一个实例中，读出电路106可沿着读出列线一次读出一行图像数据(所说明)或可使用各种其它技术(未说明)(例如，串行读出所有像素或同时全部并行读出所有像素)读出图像数据。
在一个实例中，控制电路108经耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的操作特性。例如，控制电路108可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是用于同时启用像素阵列102内的所有像素以在单个获取窗期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，快门信号是滚动快门信号，使得在连续获取窗期间循序启用像素的每一行、每一列或每一群组。快门信号也可建立曝光时间，其为快门保持打开的时间长度。在一个实施例中，曝光时间设置为针对帧中的每一者是相同的。
在另一实例中，控制电路108可包括水平及垂直扫描电路，其选择待被读出的像素的行和/或列。扫描电路可包含选择电路(例如，多路复用器)等来沿着读出列位线109一次读出一行或一列图像数据或可使用各种其它技术(例如，串行读出所有像素或同时全部并行读出所有像素)读出图像数据。当扫描电路选择像素阵列102中的像素104时，像素将入射到像素的光转换为信号且将信号输出到列读出电路106。列读出电路106可从扫描电路或从像素阵列102接收信号。
图2是根据本发明的实施例的用于减少归因于高照明的闪烁的像素204的说明性示意图。像素204可为像素阵列102的像素104的实例。像素204的所说明实施例包含光电二极管(PD)214、转移栅极(TX)216、抗溢出栅极(AB)218、第一和第二复位晶体管(RST1和RST2)220及222、第一和第二浮动扩散区(FD1和FD2)224和226、第一和第二源极跟随器晶体管(SF1及SF2)228及232，及第一及第二行选择晶体管(RS1及RS2)230及234。像素204可在集成期间曝露于图像光且作为响应产生图像电荷。当图像电荷的源是高照明源时(其有时可为点源(例如发光二极管(LED)))，由通过光电二极管214产生的电荷可大于光电二极管214的满阱容量。在此类例子期间，过量电荷(例如，大于光电二极管214的满阱容量的所产生电荷)可归因于抗溢出栅极218的泄漏性质而溢出到第二浮动扩散区中。
第一和第二浮动扩散区224、226可分别通过不同机制耦合到第一和第二源极跟随器晶体管228、232。例如，第一浮动扩散区224可直接耦合到第一源极跟随器晶体管228的栅极端子，而第二浮动扩散区226可电容耦合到第二源极跟随器晶体管232的栅极。可由与第一浮动扩散区224进行的金属到半导体接触形成直接连接。电容器250可提供第二浮动扩散区226与第二源极跟随器232之间的电容耦合。
在一些实施例中，电容器250可为金属氧化物半导体电容器。在此实施例中，电容器250的半导体侧可经耦合到第二浮动扩散区226，且电容器250的金属侧可经耦合到第二源极跟随器晶体管232的栅极。第二浮动扩散区226到第二源极跟随器晶体管232的电容耦合可减少归因于缺乏与第二浮动扩散区226的直接金属连接的第二浮动扩散区226中的暗电流生成。
第一和第二复位晶体管220、222可经耦合以在第一和第二复位晶体管220、222的栅极接收的复位信号的控制下复位(例如，分别将第一和第二浮动扩散区224、226放电或充电到预设电压)相应第一和第二浮动扩散区224、226。第一和第二浮动扩散区224、226可分别耦合到第一和第二源极跟随器晶体管228、232的栅极。第一和第二源极跟随器晶体管228、232作为从相关联的第一和第二浮动扩散区224、226提供高阻抗输出的源极跟随器操作。最后，第一和第二行选择晶体管230、234可在接收的行选择信号的控制下将像素204中的像素电路的输出选择性地耦合到列位线1及2。
共用源极跟随器电压供应连接VDD、列位线连接和共用复位电压供应连接VDD也包含在像素204中。
在信号集成期间，例如来自超亮LED的入射在光电二极管214上的高强度照明可使光电二极管214产生大于光电二极管214的满阱容量(例如，电荷存储容量)的量的图像电荷。过量电荷可归因于抗溢出栅极218的泄漏性质而溢出(例如，转移)到第二浮动扩散区226。一般来说，抗溢出栅极218可比转移栅极216更易泄漏。在一些实施例中，抗溢出栅极218可在其栅极偏置使得形成通道来允许过量电荷溢出到第二浮动扩散区226。在光电二极管214的满阱容量内(例如，小于所述容量)的电荷量可保留在光电二极管214中直到执行读出为止。
在一些例子中，入射到光电二极管214上的照明可产生小于光电二极管214的满阱容量的电荷。在此类例子中，可不存在溢出到第二浮动扩散区226中的过量电荷。
在高强度照明事件之后的读出期间，可使用四晶体管(4T)时序在位线1上读出保留在光电二极管214中的电荷。为读出第二浮动扩散区226上的过量电荷，三晶体管(3T)时序可用于在位线2上将电荷读出。第二浮动扩散区226上的过量电荷可使电压在电容器250上积累。进而，电容器250上的电压可启用第二源极跟随器晶体管232。取决于电容器250上的电压，第二源极跟随器晶体管232可经启用而进入各种操作状态(例如欧姆或饱和)中。例如，如果电容器250上的电压处在诱发欧姆操作的电压电平，那么第二源极跟随器晶体管232可充当电压控制电阻器且将VDD的部分提供到第二行选择晶体管234。例如，如果电容器250上的电压处在诱发饱和的电压电平，那么第二源极跟随器晶体管232可将VDD提供到第二行选择晶体管234。
在读出期间，读出电路(例如读出电路106)可经由位线1和2接收表示图像电荷和过量图像电荷的电压。作为响应，读出电路可聚集图像电荷和过量图像电荷以产生图像数据，其接着可被提供到(例如)功能逻辑。
虽然像素204的所说明的实施例仅描绘一个光电二极管，但任何数量的光电二极管可经耦合到第一及第二浮动扩散区224、226。在包含多个光电二极管的此类实施例中，每一光电二极管可例如被称为子像素。另外，其它像素控制功能性可包含在像素204中以协助在高强度照明设置中操作像素。例如，可在像素204中实施转换增益技术、过量图像电荷漏极及双浮动扩散区开关以及所属领域的技术人员已知的其它特征。
图3是根据本发明的实施例的用于减少归因于高照明的闪烁的像素304的说明性示意图。像素304可为像素阵列102的像素104的实例。像素304的所说明的实施例包含像素204的实质上相同的组件，加上额外光电二极管、转移栅极和抗溢出栅极。一般来说，像素304可包含多个像素(或子像素)，所有像素都耦合到第一浮动扩散区且一些像素耦合到第二浮动扩散区，其中多个像素中的每一者具有相应转移栅极和抗溢出栅极。像素304可限制或消除由(例如)高照明源诱发的图像闪烁。
像素304的所说明实施例包含多个光电二极管314A到314C、多个转移栅极316A到316C及多个抗溢出栅极318A到318C。另外，像素304包含第一及第二浮动扩散区324和326、第一及第二复位晶体管320和322、第一及第二源极跟随器晶体管328和332以及第一及第二行选择晶体管330和334。多个光电二极管314A到314C可通过多个转移栅极316A到316C中的相应一者耦合到第一浮动扩散区324。此外，多个光电二极管314A到314C的子集可通过多个抗溢出栅极318A到318C中的相应一者耦合到第二浮动扩散区326。多个光电二极管中的剩余者可经由相应抗溢出栅极318耦合到抗溢出(AB)漏极(例如，电压参考源极)。例如，在图3的实施例中，光电二极管314C经由抗溢出栅极318C耦合到AB漏极，而光电二极管314A、314B经由其相应的抗溢出栅极318A、318B耦合到第二浮动扩散区326。
抗溢出栅极318A到318C可比其相关联的转移栅极316A到316C更易泄漏，或者其可经偏置以比其相关联的转移栅极316A到316C更易泄漏。通过使抗溢出栅极318A到318C比其相关联的转移栅极316A到316C更易泄漏，所产生的超过其相关联的光电二极管314A到314C的满阱容量的电荷可溢出到第二浮动扩散区326和/或AB漏极。
第二浮动扩散区326和第二源极跟随器332可通过电容器350电容耦合。电容器350(其可为MOS电容器)可消除在第二源极跟随器332的栅极与第二浮动扩散区326之间提供直接电连接的需要。省略二者之间的直接连接可减少或消除第二浮动扩散区326内的暗电流生成。虽然第二浮动扩散区326和第二源极跟随器332经电容耦合，但第一浮动扩散区324和第一源极跟随器328可经由金属到半导体接触直接耦合。
第一和第二复位晶体管320、322可经耦合以在第一和第二复位晶体管320、322的栅极接收的复位信号的控制下复位其相应浮动扩散区324、326的电压。例如，复位晶体管320、322可将相应第一及第二浮动扩散区324、326放电或充电到预设电压，此可在入射在光电二极管314A到314C上的图像光的集成之前执行。第一及第二浮动扩散区324、326可分别耦合到第一及第二源极跟随器328、332的栅极。第一和第二源极跟随器晶体管328、332作为从相关联的第一和第二浮动扩散区324、326提供高阻抗输出的源极跟随器操作。最后，第一和第二行选择晶体管330、334可在接收的行选择信号的控制下将像素304中的像素电路的输出选择性地耦合到列位线1及2。第一及第二复位晶体管320、322及第一及第二源极跟随器晶体管可经耦合到共享参考电压(例如VDD)。
在信号集成期间，可照明光电二极管314A到314C以光产生图像电荷。例如，当照明源为低光强度源时，光电二极管314A到314C可产生等于或小于其相应满阱容量(例如，电荷存储容量)的图像电荷。但是，例如当照明源是高强度源(例如LED)时，光电二极管314A到314C可产生超过其相应的满阱容量的图像电荷。因而，过量图像电荷可溢出到第二浮动扩散区326，或到AB漏极，这取决于耦合件。例如，在光电二极管314A、314B中产生的过量电荷可溢出(例如，转移)到第二浮动扩散区326，而由光电二极管314C产生的过量电荷可溢出到AB漏极。溢出到AB漏极的电荷可例如并不导致产生图像数据。过量电荷可归因于抗溢出栅极318A到318C易泄漏(归因于制造或偏置)而溢出。
在高强度照明事件之后的读出期间，可使用四晶体管(4T)时序将保留在光电二极管314A、314B中的电荷读出到位线1上。为读出第二浮动扩散区326上的过量电荷，三晶体管(3T)时序可用于将电荷读出到位线2上。第二浮动扩散区326上的过量电荷可使电压在电容器350上积累。进而，电容器350上的电压可启用第二源极跟随器晶体管332。取决于电容器350上的电压，第二源极跟随器晶体管332可经启用而进入各种操作状态(例如欧姆或饱和)中。例如，如果电容器350上的电压处在诱发欧姆操作的电压电平，那么第二源极跟随器晶体管332可充当电压控制电阻器且提供VDD的部分到第二行选择晶体管334。例如，如果电容器350上的电压处在诱发饱和的电压电平，那么第二源极跟随器晶体管332可提供VDD到第二行选择晶体管334。
在读出期间，读出电路(例如读出电路106)可经由位线1和2接收表示图像电荷和过量图像电荷的电压。作为响应，读出电路可聚集图像电荷和过量图像电荷以产生图像数据，其接着可被提供到(例如)功能逻辑。
图4是根据本发明的实施例的用于减少归因于高照明的闪烁的像素404的说明性示意图。像素404可为像素阵列102的像素104的实例。像素404的所说明实施例包含像素204或像素304的实质上类似组件，加上第一及第二双转换增益(DCG)栅极(DCG1和DCG2)436和438，及第一及第二DCG电容器(CDCG1和CDCG2)440和442。虽然像素404展示为仅包含单个光电二极管，但多个光电二极管(例如类似于像素304)可包含在像素404中，所有光电二极管都耦合到第一浮动扩散区且一些光电二极管耦合到第二浮动扩散区，其中多个像素中的每一者具有相应转移栅极和抗溢出栅极。像素404可限制或消除由(例如)高照明源诱发的图像闪烁。
为简洁起见，已关于图2和/或3的像素204和/或像素304讨论的像素404的特征将从像素404的讨论省略。例如，第二浮动扩散区426和第二源极跟随器432可通过电容器450(其可为MOS电容器)电容耦合。进而，第二浮动扩散区426可经耦合到电容器450的半导体侧，而第二源极跟随器432的栅极可经耦合到电容器450的金属侧。
第一及第二DCG栅极436、438可分别耦合在低浮动扩散区424与第一DCG电容器440之间及第二浮动扩散区426与第二DCG电容器442之间。第一及第二DCG栅极436、438可经耦合以响应于在其相应栅极上接收DCG信号选择性地调整第一及第二浮动扩散区424、426的转换增益。例如，响应于接收DCG信号，DCG栅极436、438的任一者或二者可将其相应浮动扩散区424、426耦合到DCG电容器440、442。凭借耦合到相应浮动扩散区424、426的DCG电容器424、426，相应浮动扩散区424、426的转换增益可例如归因于DCG电容器424、426(所述电容器耦合到接地)分别从第一及第二浮动扩散区424、426吸收电荷而降低。在一些实施例中，DCG电容器440、442可选择性地耦合到第一及第二浮动扩散区424、426以增大其相应转换增益。DCG信号可由控制电路(例如控制电路108)提供。
在信号集成期间，可照明光电二极管414以光产生图像电荷。例如，当照明源为低光强度源时，光电二极管414可产生等于或小于其满阱容量(例如，电荷存储容量)的图像电荷。然而，例如当照明源是高强度源(例如LED)时，光电二极管414可产生超过满阱容量的图像电荷。因而，过量图像电荷可溢出到第二浮动扩散区426。过量电荷可归因于抗溢出栅极418易泄漏(归因于制造或偏置)而溢出。
在高强度照明事件之后的读出期间，可使用四晶体管(4T)时序或双转换增益将保留在光电二极管414中的电荷读出到位线1上。为读出第二浮动扩散区426上的过量电荷，三晶体管(3T)时序或双转换增益可用于将电荷读出到位线2上。
在读出期间，读出电路(例如读出电路106)可经由位线1和2接收表示图像电荷和过量图像电荷的电压。作为响应，读出电路可聚集图像电荷和过量图像电荷以产生图像数据，其接着可被提供到(例如)功能逻辑。
虽然像素404经描绘为具有两个DCG栅极及电容器，但在一些实施例中，像素404可仅包含单个DCG栅极和电容器。例如，单个DCG栅极和DCG电容器可耦合在接地与低浮动扩散区424之间。另外，多个光电二极管可包含在像素404中，其可类似于像素304那样耦合到第一及第二浮动扩散区424、426。
图5是根据本发明的实施例的用于减少高强度光诱发的闪烁的像素504的说明性示意图。像素504可为像素104的实例。像素504的经说明实施例包含像素204、304和404的许多相同组件，但像素504可经耦合到单个位线，而非多个位线。另外，像素504包含双浮动扩散区(DFD)晶体管544。像素504可限制或消除由(例如)高照明源诱发的图像闪烁。
为简洁起见，已关于图2、3和/或4的像素204、304和/或404讨论的像素504的特征将从像素504的讨论省略。例如，第二浮动扩散区526和第二源极跟随器532可通过电容器550(其可为MOS电容器)电容耦合。进而，第二浮动扩散区526可经耦合到电容器550的半导体侧，而第二源极跟随器532的栅极可经耦合到电容器550的金属侧。
电容器550可经耦合到DFD晶体管544，其也可耦合到第一浮动扩散区524。电容器550可另外经耦合到第二浮动扩散区526。DFD晶体管544可响应于例如从控制电路接收的DFD信号将电容器550选择性地耦合到第一浮动扩散区524。实例控制电路可为成像系统100的控制电路108。
在信号集成期间，可照明光电二极管514以光产生图像电荷。例如，当照明源为低光强度源时，光电二极管514可产生等于或小于其满阱容量的图像电荷。但是，例如当照明源是高强度源(例如LED)时，光电二极管514可产生超过满阱容量的图像电荷。因而，过量图像电荷可溢出到第二浮动扩散区526。过量电荷可归因于抗溢出栅极518易泄漏(归因于制造或偏置)而溢出。
在高强度照明事件之后的读出期间，可使用四晶体管(4T)时序将保留在光电二极管514中的电荷读出到位线上。为读出第二浮动扩散区526上的过量电荷，三晶体管(3T)时序与启用DFD晶体管544组合可用于经由第一浮动扩散区524将电荷读出到位线上。
在读出期间，读出电路(例如读出电路106)可经由位线1和2接收表示图像电荷和过量图像电荷的电压。作为响应，读出电路可聚集图像电荷和过量图像电荷以产生图像数据，其接着可被提供到(例如)功能逻辑。
虽然像素504经描绘为单个光电二极管，但多个光电二极管可包含在像素504中，其可类似于像素304那样耦合到第一及第二浮动扩散区524、526。
本发明的所说明实例的以上描述(包含在摘要中的描述内容)并不意在将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然在本文中出于说明的目的描述本发明的特定实例，但所属领域的技术人员将认识到各种修改在本发明的范围中是可能的。
鉴于以上具体实施方式，可对本发明做出这些修改。用于所附权利要求书中的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中揭示的特定实例。而是，本发明的范围应完全由所附权利书要求确定，所附权利要求书应根据权利要求的解释的既定规则来解释。

Claims (17)

1.一种减少高照明诱发的闪烁的图像传感器像素，其包括：
光电二极管，其捕获光且作为响应产生电荷，所述光电二极管具有电荷容量；
转移栅极，其将电荷选择性地转移到第一浮动扩散区；
抗溢出栅极，当所述经产生的电荷大于所述光电二极管电荷容量时所述抗溢出栅极将过量电荷选择性地转移到第二浮动扩散区，所述过量电荷为大于所述光电二极管电荷容量的电荷量；
第一源极跟随器晶体管，其通过栅极直接耦合到所述第一浮动扩散区，所述第一源极跟随器响应于第一行选择晶体管的启用而选择性地将第一信号输出到第一位线；及
第二源极跟随器晶体管，其电容耦合到所述第二浮动扩散区，所述第二源极跟随器响应于第二行选择晶体管的启用而选择性地将第二信号输出到第二位线，
其中：
所述光电二极管为捕获光且作为响应产生电荷的多个光电二极管中的一者，
所述转移栅极为将所述电荷从所述多个光电二极管中的对应一者选择性地转移到所述第一浮动扩散区的多个转移栅极中的一者，且
所述抗溢出栅极为选择性地转移所述多个光电二极管中的对应一者中产生的过量电荷的多个抗溢出栅极中的一者，其中所述多个抗溢出栅极的子集将所述过量电荷选择性地转移到所述第二浮动扩散区，且其中所述多个抗溢出栅极中的剩余者将所述过量电荷选择性地转移到抗溢出漏极。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括：
第一及第二双转换增益晶体管，其分别耦合到所述第一和第二浮动扩散区；
第一及第二双转换增益电容器，其分别耦合在所述第一及第二双转换增益晶体管与参考电压之间，
其中经耦合到所述第一及第二双转换增益晶体管的栅极端子的控制信号使所述第一及第二双转换增益电容器分别耦合到所述第一及第二浮动扩散区，以更改所述第一及第二浮动扩散区的转换增益。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括耦合到相应第一及第二浮动扩散区的第一及第二复位晶体管，所述第一及第二复位晶体管经耦合以响应于在所述第一及第二复位晶体管的栅极端子接收的复位信号将所述第一及第二浮动扩散区复位到预设电压。
4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括电容器来将所述第二浮动扩散区电容耦合到所述第二源极跟随器晶体管的栅极。
5.根据权利要求4所述的图像传感器像素，其中所述电容器为金属氧化物半导体电容器，其具有耦合到所述第二浮动扩散区的半导体侧及耦合到所述第二源极跟随器晶体管的所述栅极的金属侧。
6.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中在四晶体管时序下读出转移到所述第一浮动扩散区的所述电荷，且其中在三晶体管时序下读出转移到所述第二浮动扩散区的所述过量电荷。
7.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第一及第二源极跟随器晶体管为相同源极跟随器晶体管，其中所述第一及第二信号为相同信号，其中所述第一及第二位线为相同位线，且其中所述图像传感器像素进一步包含双浮动扩散区切换晶体管来选择性地耦合所述第一及第二浮动扩散区。
8.一种用于在不诱发闪烁的情况下检测高照明源的成像系统，其包括：
像素阵列，其包含多个像素，每一像素包含：
光电二极管，其接收图像光且作为响应产生电荷，所述光电二极管具有电荷存储容量；
第一及第二浮动扩散区；
转移栅极，其将由所述光电二极管产生的电荷选择性地耦合到所述第一浮动扩散区；
抗溢出栅极，其将由所述光电二极管产生的过量电荷选择性地耦合到所述第二浮动扩散区，所述过量电荷为超过所述光电二极管的所述电荷存储容量的所产生的电荷量；
第一及第二源极跟随器晶体管，所述第一源极跟随器晶体管直接耦合到所述第一浮动扩散区；及
电容器，其将所述第二浮动扩散区电容耦合到所述第二源极跟随器晶体管，其中：
所述光电二极管为捕获光且作为响应产生电荷的多个光电二极管中的一者，
所述转移栅极为将所述电荷从所述多个光电二极管中的对应一者选择性地转移到所述第一浮动扩散区的多个转移栅极中的一者，且
所述抗溢出栅极为选择性地转移所述多个光电二极管中的对应一者中产生的过量电荷的多个抗溢出栅极中的一者，其中所述多个抗溢出栅极的子集将所述过量电荷选择性地转移到所述第二浮动扩散区，且其中所述多个抗溢出栅极中的剩余者将所述过量电荷选择性地转移到抗溢出漏极。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述电容器为金属氧化物半导体电容器，且其中所述电容器的半导体侧经耦合到所述第二浮动扩散区，且所述电容器的金属侧经耦合到所述第二源极跟随器晶体管的栅极。
10.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述第一源极跟随器晶体管的栅极经耦合到所述第一浮动扩散区。
11.根据权利要求8所述的成像系统，其进一步包括：
第一行选择晶体管，其响应于行选择信号将所述第一源极跟随器晶体管选择性地耦合到第一位线；及
第二行选择晶体管，其响应于所述行选择信号将所述第二源极跟随器晶体管选择性地耦合到第二位线。
12.根据权利要求8所述的成像系统，其进一步包括：
第一复位晶体管，其响应于复位信号将参考电压选择性地耦合到所述第一浮动扩散区；及
第二复位晶体管，其响应于所述复位信号将所述参考电压选择性地耦合到所述第二浮动扩散区。
13.根据权利要求8所述的成像系统，其进一步包括：
第一及第二双转换增益晶体管，其分别耦合到所述第一和第二浮动扩散区；
第一及第二双转换增益电容器，其分别耦合在所述第一及第二双转换增益晶体管与参考电压之间，
其中经耦合到所述第一及第二双转换增益晶体管的栅极端子的控制信号使所述第一及第二双转换增益电容器分别耦合到所述第一及第二浮动扩散区，以更改所述第一及第二浮动扩散区的转换增益。
14.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述第一及第二源极跟随器晶体管为相同源极跟随器晶体管，且其中每一像素进一步包含双浮动扩散区切换晶体管来选择性地耦合所述第一及第二浮动扩散区。
15.一种图像传感器像素，其包括：
光电二极管，其捕获图像光且作为响应产生图像电荷，所述光电二极管具有满阱容量；
第一及第二浮动扩散区；
转移栅极，其经耦合以将图像电荷选择性地转移到所述第一浮动扩散区；
抗溢出栅极，其经耦合以将过量图像电荷选择性地转移到所述第二浮动扩散区，所述过量图像电荷为超过所述光电二极管满阱容量的图像电荷；
第一源极跟随器晶体管，其通过所述第一源极跟随器晶体管的栅极直接耦合到所述第一浮动扩散区；
第二源极跟随器晶体管，其通过所述第二源极跟随器的栅极电容耦合到所述第二浮动扩散区；
第一及第二行选择晶体管，其经耦合以响应于行选择信号将所述第一及第二源极跟随器选择性地耦合到第一及第二位线；及
第一及第二复位晶体管，其经耦合以响应于复位信号分别复位所述第一及第二浮动扩散区，
其中：
所述光电二极管为捕获光且作为响应产生电荷的多个光电二极管中的一者，
所述转移栅极为将所述电荷从所述多个光电二极管中的对应一者选择性地转移到所述第一浮动扩散区的多个转移栅极中的一者，且
所述抗溢出栅极为选择性地转移所述多个光电二极管中的对应一者中产生的过量电荷的多个抗溢出栅极中的一者，其中所述多个抗溢出栅极的子集将所述过量电荷选择性地转移到所述第二浮动扩散区，且其中所述多个抗溢出栅极中的剩余者将所述过量电荷选择性地转移到抗溢出漏极。
16.根据权利要求15所述的图像传感器像素，其进一步包括：
第一及第二双转换增益晶体管，其分别耦合到所述第一和第二浮动扩散区；
第一及第二双转换增益电容器，其分别耦合在所述第一及第二双转换增益晶体管与参考电压之间，
其中经耦合到所述第一及第二双转换增益晶体管的栅极端子的控制信号使所述第一及第二双转换增益电容器分别耦合到所述第一及第二浮动扩散区，以更改所述第一及第二浮动扩散区的转换增益。
17.根据权利要求15所述的图像传感器像素，其进一步包括金属氧化物半导体电容器，其将所述第二浮动扩散区电容耦合到所述第二源极跟随器的所述栅极，其中所述电容器的半导体侧经耦合到所述第二浮动扩散区，且所述电容器的金属侧经耦合到所述第二源极跟随器的所述栅极。
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