CN108270979A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本申请案涉及一种高动态范围像素电路及使用所述高动态范围像素电路的图像系统。像素电路包含用以响应于入射光而积累图像电荷的光电二极管。转移晶体管安置于光电二极管与浮动扩散部之间以将光电二极管中所积累的图像电荷选择性地转移到浮动扩散部，光电二极管及浮动扩散部安置于第一半导体层中。选择电路安置于第二半导体层中、通过第一半导体层与第二半导体层之间的混合接合而耦合到转移晶体管的控制端子，以在第一转移控制信号与第二转移控制信号之间进行选择以控制转移晶体管。选择电路经耦合以：在对不同行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出第一转移控制信号，且在对行进行读出操作期间响应于样本启用信号而输出第二转移控制信号。

Description

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
技术领域
本发明大体来说涉及图像传感器，且更具体来说，本发明针对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成电信号。将电信号从图像捕获装置输出到主机电子系统的其它组件。电子系统可以是(举例来说)移动电话、计算机、数字相机或医疗装置。
随着像素电路变得越来越小，对用以在从弱光条件到亮光条件变化的大范围照明条件内运行的图像传感器的需求变得越来越难以实现。此种性能能力通常被称为具有高动态范围成像(HDRI或者仅称为HDR)。高动态范围成像对于例如汽车视觉及机器视觉等若干种应用来说是极为期望特征。在常规图像捕获装置中，像素电路需要多次连续曝光使得图像传感器曝露于低光水平及高光水平两者下以实现HDR。传统互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器由于有限阱容及固定曝光时间而忍受低动态范围。
发明内容
本发明的一方面涉及一种像素电路，所述像素电路包括：光电二极管，其安置于第一半导体层中、适于响应于入射光而积累图像电荷；转移晶体管，其安置于所述第一半导体层中、耦合在安置于所述第一半导体层中的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，其安置于第二半导体层中、通过所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的混合接合耦合到所述转移晶体管的控制端子，以在第一转移控制信号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，其中所述选择电路经耦合以在对与其中包含所述转移晶体管的行不同的行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出所述第一转移控制信号，且其中所述选择电路经耦合以在对其中包含所述转移晶体管的所述行进行读出操作期间响应于样本启用信号而输出所述第二转移控制信号。
本发明的另一方面涉及一种成像系统，所述成像系统包括：像素阵列，其具有布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：光电二极管，其安置于第一半导体层中、适于响应于入射光而积累图像电荷；转移晶体管，其安置于所述第一半导体层中、耦合在安置于所述第一半导体层中的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；选择电路，其安置于第二半导体层中、通过所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的混合接合耦合到所述转移晶体管的控制端子，以在第一转移控制信号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，其中所述选择电路经耦合以在对与其中包含所述转移晶体管的行不同的行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出所述第一转移控制信号，且其中所述选择电路经耦合以在对其中包含所述转移晶体管的所述行进行读出操作期间响应于样本启用信号而输出所述第二转移控制信号；控制电路，其安置于所述第二半导体层中且耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，其中所述选择电路包含于所述控制电路中；及读出电路，其安置于所述第二半导体层中且耦合到所述像素阵列以从所述多个像素电路读出图像数据。
附图说明
参考以下图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似参考编号指代相似零件。
图1是根据本发明的教示的具有实例性成像系统的集成电路裸片的堆叠式半导体装置晶片的一个实例的分解图，所述实例性成像系统具有使用帧内多位曝光控制的高动态范围图像传感器读出架构。
图2是根据本发明的教示的展示像素电路的一部分电路的实例的电路图，所述像素电路包含使用帧内多位曝光的高动态范围读出架构。
图3是图解说明根据本发明的教示包含像素电路的像素阵列的实例性成像系统的框图，所述像素电路具有使用帧内多位曝光的高动态范围读出架构。
图4是图解说明根据本发明的教示的实例性成像系统中被读出、被预充电及被未被预充电的的行的框图。
图5是图解说明根据本发明的教示包含像素电路的像素阵列的实例性成像系统的实例性信号的时序图，所述像素电路具有使用帧内多位曝光的高动态范围读出架构。
贯穿图式之数个视图，对应参考符号指示对应组件。技术人员将了解，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。举例而言，各图中的元件中的某些元件的尺寸可相对于其它元件被放大以有助于改进对本发明的各种实施例的理解。此外，通常不描绘商业上可行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碍的观看。
具体实施方式
在以下说明中，陈述众多具体细节以便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，无需采用特定细节来实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知的材料或方法以免使本发明模糊。
在本说明书通篇中对“一个实施例”、“实施例”、“一个实例”或“实例”的提及意指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，在本说明书通篇的各个位置中出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实例”或“实例”未必全部指代同一实施例或实例。此外，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/或子组合而组合起来。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，随本文提供之各图是出于向所属领域的技术人员阐释之目的且图式未必按比例绘制。
如将论述，根据本发明的教示的实例描述用于高动态范围(HDR)图像传感器中的图像传感器像素电路，所述高动态范围图像传感器包含用于控制曝光且从每一像素电路读出HDR图像数据的控制电路。如将展示，提供高度可编程且高效的曝光控制与读出架构，其利用像素混合接合技术来改进动态范围性能。在各种实例中，像素阵列安置于与外围电路分离的晶片中，且以像素级接合将两个晶片接合在一起。在像素电路或像素电路的块正下方存在存储器，其用以存储每一像素电路或像素电路的每一块的曝光信息。在各种实例中，对跨越像素阵列的每一个别像素电路的帧内可编程曝光控制设置有多位分辨率，这跨越像素阵列的每一像素电路而实现最优操作。与已知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电路的个别帧内曝光控制，这跨越像素阵列而达成经改进电荷累积。根据本发明的教示的此曝光控制与读出技术消除了在读出期间对像素电路行进行多帧组合或减少取样的需要，根据本发明的教示，这会达成高帧率及高空间分辨率。
为图解说明起见，图1是根据本发明的教示具有实例性单个图像感测系统100的集成电路裸片的堆叠式半导体装置晶片102及104的一个实例的分解图。在各种实例中，半导体装置晶片102及104可包含硅或其它适合半导体材料。在所图解说明实例中，根据本发明的教示，装置晶片102是包含像素阵列106的顶部传感器芯片，像素阵列106具有安置于第一半导体层112中的像素电路110A、110B、110C等。装置晶片102与装置晶片104堆叠起来，装置晶片104包含对应支持电路108，支持电路108安置于第二半导体层114中且通过像素级混合接合而耦合到像素阵列106以支持光子检测阵列106的操作。
如下文将更详细地论述，在一些实例中，根据本发明的教示，第一半导体层112中的像素电路110包含通过转移晶体管耦合到浮动扩散部的光电二极管，第二半导体层114中所包含的对应支持电路108包含选择电路，所述选择电路经耦合以在对不包含转移晶体管的不同行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出耦合到转移晶体管的第一转移控制信号，同时选择电路经耦合以在对包含转移晶体管的同一行进行读出操作期间响应于样本启用信号而将第二转移控制信号输出到转移晶体管。在各种实例中，支持电路108中所包含的选择电路可包含曝光存储器，使得每一个别像素可具有存储于所述曝光存储器中的多位(例如，4位)曝光值。此曝光存储器可通过像素级混合接合互连到安置于第一半导体层中的像素电路。曝光存储器可实施为静态随机存取存储器或其它适合类型的存储器。另外，在各种实例中，曝光存储器还可在像素电路块(例如，8x8像素电路块)当中共享。
应注意，出于阐释目的，图1中所展示的实例性图像感测系统100图解说明为具有两个堆叠式半导体装置晶片102及104。在其它实例中，应了解，根据本发明的教示，图像感测系统100可包含用于额外功能、特征及经改进性能的多于两个堆叠式半导体装置晶片。
图2是根据本发明的教示的展示像素电路210的一部分电路的实例的电路图，像素电路210包含使用帧内多位曝光的高动态范围读出架构、耦合到选择电路232。注意，像素电路210可以是图1的像素阵列106的像素电路110A、110B、110C的实例，且下文所提及的具有类似名称及编号的元件被耦合且功能类似于上文的描述。如所描绘实例中所展示，像素电路210安置于第一半导体层212中。像素电路210包含安置于第一半导体层212中、适于响应于入射光而积累图像电荷的光电二极管216。安置于第一半导体层212中的转移晶体管218耦合于安置在第一半导体层212中的光电二极管216与浮动扩散部220之间以将积累于光电二极管216中的图像电荷选择性地转移到浮动扩散部220。
继续所图解说明实例，复位晶体管222安置于第一半导体层212中且耦合到浮动扩散部220以响应于复位RST信号而选择性地复位浮动扩散部220。在实例中，复位晶体管耦合于经复位浮动扩散部RFD电压与浮动扩散部220之间。放大器晶体管224安置于第一半导体层212中且包含耦合到浮动扩散部220的放大器栅极端子。在实例中，放大器晶体管224是源极跟随器耦合晶体管，且具有耦合到AVDD电压的漏极端子及经耦合以提供放大器晶体管224的经放大输出的源极端子。行选择晶体管226安置于第一半导体层212中且耦合于位线228与放大器晶体管224之间。在操作中，行选择晶体管226经耦合以响应于行选择信号RS而输出像素电路210的图像数据。
根据本发明的教示，选择电路232安置于第二半导体层214中，且通过第一半导体层212与第二半导体层214之间的像素级混合接合230而耦合到转移晶体管218的控制端子，以在第一转移控制信号PTX 242与第二转移控制信号STX 244之间进行选择以控制转移晶体管218。如下文将更详细地将论，根据本发明的教示，选择电路232可以是耦合到像素阵列的对应像素电路210的多个选择电路中的一者。在图2中所描绘的实例中，选择电路232经耦合以在对与包含转移晶体管218的像素阵列行不同的行进行读出操作期间响应于预充电启用信号paddr_en 238而输出第一转移控制信号PTX 242。选择电路232也经耦合以在对包含转移晶体管218的同一像素阵列行中的像素电路进行读出操作期间响应于样本启用信号saddr_en 240而输出第二转移控制信号STX 244。因此，根据本发明的教示，第一转移控制信号PTX 242可用于独立地给像素电路210预充电以控制像素电路210的曝光，同时不同像素阵列行正在被读出第二转移控制信号STX 244。因此，根据本发明的教示，实现对每一个别像素电路210的个别帧内曝光控制，这跨越整个像素阵列达成经改进电荷累积以提供高动态范围图像感测。
如图2中所描绘的实例中所展示，选择电路232包含：第一开关S1 234，其经耦合以响应于预充电启用信号paddr_en 238而产生第一转移控制信号PTX 242；及第二开关S2236，其经耦合以响应于样本启用信号saddr_en 240而产生第二转移控制信号STX244。多路复用器电路248经耦合以响应于对多个预充电行信号(图2中图解说明为paddr0_en 250A、paddr1_en 250B、…、paddrN_en 250N)中的一者的选择而产生预充电启用信号paddr_en238，所述选择是响应于存储于曝光存储器EXPMEM 252中的曝光值信号253而做出的。在一个实例中，由存储于曝光存储器EXPMEM 252中的曝光值信号253表示的曝光值是接收自自动曝光控制(AEC)电路254的多位(例如，4位)值。如下文将更详细地论述，在一个实例中，存储于曝光存储器EXPMEM 252中的曝光值用于调整由像素电路210产生的图像数据的曝光。在另一实例中，存储于曝光存储器EXPMEM 252中的曝光值可由像素共享块以调整由包含像素电路210的像素阵列中的像素块(例如，8x8邻近像素块)产生的图像数据的曝光。
图2中所描绘的实例还图解说明使用单个TX源246来产生第一转移控制信号PTX242、第二转移控制信号STX 244。因此，在以下实例中，即利用滚动快门读出像素阵列，且一次可仅可能给像素阵列中的11行预充电(即，对于paddr0_en 250A、paddr1_en250B、…、paddrN_en 250N来说，N＝10)，且一次读出一行，在任何时间最大负荷可仅为：可能仅可将像素阵列中的12行加载于第一转移控制信号PTX 242、第二转移控制信号STX244上。换句话说，在N＝10的实例中，对于正在由滚动快门读出的每一行来说，一次仅可给像素阵列中的其它11个经启用行预充电。由于此时正在被读出的具体那一行而忽略像素阵列中的所有其它行。因此当然应了解，单个TX源246仅12行的此最大负荷显著小于其中可由单个TX源246一次驱动整个像素阵列中的每一行的实例。
换句话说，第一转移控制信号PTX 242是基于预充电地址而产生，因此每次仅N+1行接收第一转移控制信号PTX 242。因此，TX源的总负荷仅为N+2行，而非含大约2N行的整个像素阵列。因此，应了解，包含一次可被预充电且因此接收第一转移控制信号PTX 242的像素电路210的像素阵列行的总数目等于可存储于曝光存储器EXPMEM中的不同的可能曝光值的总数目，这显著小于像素阵列中的行的总数目。因此，用于产生第一转移控制信号PTX242、第二转移控制信号STX 244的单个TX源246具有显著少于需要向像素阵列中的每一行提供转移控制信号的TX源的负荷要求。
图3是图解说明根据本发明的教示的包含像素电路的像素阵列306的实例性成像系统300的框图，所述像素电路具有使用帧内多位曝光的高动态范围读出架构。在所图解说明实例中，应了解，图3的像素阵列306中所包含的像素电路中的每一者可以是图1的像素阵列106的像素电路110A、110B、110C或图2的像素电路210的实例，且下文所提及的具有类似地名称及编号的元件被耦合且功能类似于上文的描述。如图3中所描绘的实例中所展示，根据本发明的教示，控制电路356耦合到像素阵列306以控制像素阵列306的操作，包含针对单个帧独立地控制像素阵列306中的像素电路中的每一者的曝光时间。在实例中，读出电路358耦合到像素阵列306以从像素阵列306的所述多个像素电路读出图像数据。在一个实例中，由读出电路358读出的图像数据被传送到功能逻辑360。
在所描绘实例中，像素阵列306的像素电路安置于第一半导体层312中，且控制电路356、读出电路358及功能逻辑360安置于第二半导体层314中。在实例中，第一半导体层312及第二半导体层314是以堆叠式芯片方案而被堆叠且耦合在一起。在一个实例中，选择电路332通过像素级混合接合(例如，参见图2中的像素级混合接合230)耦合到像素阵列306的每一像素电路。
在一个实例中，读出电路358可包含放大电路、模/数转换(ADC)电路或其它电路。功能逻辑360可仅存储图像数据或甚至通过施加后图像效应(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵图像数据。像素阵列306可实施为前侧照明图像传感器或后侧照明图像传感器。如所图解说明，每一像素电路被布置于像素阵列306中的行及列中以获取人、地方或物体的图像数据，其可接着用于再现人、地方或物体的图像。
如所描绘的实例中所展示，控制电路356包含耦合到选择电路332的数字自动曝光控制(AEC)354。在一个实例中，应了解，AEC 354还可包含用以提供样本地址启用信号及预充电地址启用信号(例如，saddr_en及paddr(0-N)_en)的行解码器元件。可在图3中所图解说明的选择电路332A的详细版本了解到，选择电路332可以是图2中所图解说明的选择电路232的实例。因此，具有类似名称及编号的元件在下文被耦合且功能类似于上文的描述。在所描绘实例中，AEC 354经耦合以产生曝光值，所产生的曝光值存储于选择电路310的曝光存储器EXPMEM中。另外，AEC 354还经耦合以产生样本地址启用信号(例如，saddr_en)及预充电地址启用信号(例如，paddr(0-N)_en)，上述两个信号经耦合以由选择电路332接收。
在一个实例中，根据本发明的教示，AEC 354经耦合以从读出电路358读取图像数据以基于来自先前帧的像素电路的图像数据值而确定后续帧的像素阵列306中可受益于预充电的任何个别像素电路且因此确定额外曝光时间以提供HDR成像。如此，根据本发明的教示，AEC 354经耦合以向选择电路332中的曝光存储器EXPMEM提供对应曝光值且提供对应样本地址启用信号saddr_en及预充电地址启用信号paddr(0-N)_en。
如所述，根据本发明的教示，控制电路356也包含耦合到AEC 354的对应行解码器电路以控制每一像素电路的选择电路中的开关S1及S2以向像素阵列306中的像素电路行中所包含的转移晶体管提供第一转移控制信号PTX及第二转移控制信号STX。
在滚动快门设计操作实例中，假设正在读出像素阵列306的行i。如此，当在读出行i的读出操作期间行i的像素电路中的转移晶体管被激活时，所述转移晶体管经耦合以接收STX转移控制信号。在所描绘实例中，行i+2(0-N)*Mexp可经耦合以被预充电，其中N是大于或等于零的整数，且Mexp是曝光因子。因此，根据本发明的教示，举例来说假设N＝10且曝光因子Mexp＝1，像素阵列306的可被预充电且接收PTX转移控制信号以为高动态范围成像提供额外曝光时间的N+1或11个其它行是：行i+20*Mexp、行i+21*Mexp、行i+22*Mexp、…、行i+29*Mexp及行i+210*Mexp。换句话说，如果像素阵列306中的正在被读出的行是行i，那么在N＝10且曝光因子Mexp＝1的情况下当行i正在被读出时，像素阵列306中的可被预充电的其它行是行i+1、i+2、i+4、…、i+512及i+1024。根据本发明的教示，此时像素阵列306的其它行既未被读出也未被预充电。
为了更好地图解说明，图4是展示根据本发明的教示在实例性成像系统中，其中一行被读出、一些行被预充电且其它行既未被读出也未被预充电的像素阵列406的实例的框图。应了解，图4的像素阵列406可以是图1的像素阵列106或图3的像素电路306的实例，且下文所提及的具有类似名称及编号的元件被耦合且功能类似于上文的描述。
在图4中所描绘的实例中，在滚动快门操作设计中，在所图解说明实例中像素阵列406的行i正在被读出的情况下，认为控制电路456经耦合以控制像素阵列406。如此，当在对行i进行读出操作期间行i的像素电路中所包含的转移晶体管被激活时，所述转移晶体经耦合以接收STX转移控制信号。在所描绘实例中，曝光因子是Mexp＝1。如此，下一行，行i+20或行i+1被预充电，在行i+1中以阴影指示。因此，如果行i+1的像素电路中所包含的转移晶体管被激活，那么在对行i进行读出操作期间，所述转移晶体管经耦合以接收预充电PTX转移控制信号以被预充电。类似地，被预充电的下一行是行i+21或行i+2，在行i+2中以阴影指示。如此，如果行i+2的像素电路中所包含的转移晶体管被激活，那么在对行i进行读出操作期间，所述转移晶体管经耦合以接收预充电PTX转移控制信号以被预充电。
然而，下一行，行i+3既未被读出也未被预充电，在行i+3中以无阴影来指示。如此，在对行i进行读出操作期间，行i+3的像素电路中所包含的转移晶体管既未经耦合以接收预充电PTX转移控制信号也未读出样本STX转移控制信号。
相反，被预充电的下一行是行i+22或行i+4，在行i+4中以阴影指示。如此，如果行i+4的像素电路中所包含的转移晶体管被激活，那么在对行i进行读出操作期间，转移晶体管经耦合以接收预充电PTX转移控制信号以被预充电。
然而，下一行，行i+5既未被读出也未被预充电，在行i+5中以无阴影指示。如此，在对行i进行读出操作期间，行i+5的像素电路中所包含的转移晶体管既未经耦合到接收预充电PTX转移控制信号也未读出样本STX转移控制信号。
如图4中所描绘的实例中所展示，行i+2K-1、i+2K及i+2K+1被耦合且功能类似于行i+3、i+4及i+5。在所描绘实例中，将经耦合以被预充电的距行i最远的行是行i+2N，而行i+2N-1未经耦合以被预充电。因此，在其中曝光因子是Mexp＝1且N＝10的实例中，将经耦合以被预充电的距行i最远的行是行i+210或行i+1024。
图5是图解说明根据本发明的教示包含像素电路的像素阵列的实例性成像系统的实例性信号(例如上文所描述的实例)的时序图，所述像素电路具有使用帧内多位曝光的高动态范围读出架构。应了解，图5中所图解说明的时序图是出于阐释目的而经简化的时序图，下文所描述的预充电曝光时间是对实际预充电曝光时间的大致估计，这是因为在实际行时序期间，还存在用于预充电/复位的N+1转移晶体管控制脉冲及用于读出的转移晶体管控制脉冲。因此，用于曝光步骤中的每一者的实际预充电曝光时间可具有不同偏移，这也可影响曝光时间。如此，实际预充电曝光时间未必正好是2的幂乘以行时序。然而，下文的实例出于阐释目的而经简化以免使根据本发明的教示的教示模糊。
因此，继续所描绘实例，假设用以读出一行的时间是trow。如此，针对正被读出的行“i”启用样本地址启用信号saddr(即，“针对所读取地址的saddr”)的时间等于trow。所描绘实例还图解说明，转移控制信号TX因此在读出行“i”中的“行0”期间被触发，如图5中所展示。另外，图5中所描绘的实例还图解说明，在读出行i期间像素阵列中可被预充电达额外曝光时间的其它行是：paddr0、paddr1、…、paddrn，这对应于i+1、i+1(即，i+20)、i+2(即，i+21)、…、及i+2N。
如所描绘实例中所展示，将被预充电的第一行是i+1(即，i+20)，如关于行1所展示，所述行i+1被预充电达额外曝光时间texp1，曝光时间texp1等于1*trow。被预充电的下一行是i+2(即，i+21)，如关于1行2所展示，行i+2被预充电达额外曝光时间texp2，曝光时间texp2等于2*trow。被预充电的下一行是i+4(即，i+22)，如关于行4所展示，行i+4被预充电达额外曝光时间texp4，曝光时间texp4等于4*trow。类似地，将被预充电的下一行是i+8(即，i+23)，如关于行8所展示，行i+8被预充电达额外曝光时间texp8，曝光时间texp8等于8*trow。应了解，此预充电曝光时间模式继续直到最后一行i+2N被预充电达额外曝光时间texpn，曝光时间texpn等于2n*trow。
因此应了解，额外预充电曝光时间texp1、texp2、…、texpn可依据20*trow到2n*trow被编程，其中trow是单个行trow的读出时间。根据本发明的教示，假设n是对应于4位二进制控制的从1到10的整数，提供总共n+1(即，11)个预充电曝光步骤以启用高动态范围图像感测。因此，此形成曝光时间的10位动态范围。举例来说，根据本发明的教示，在与列级14位模/数转换器(ADC)组合的情况下，此读出架构可实现总共24位的动态范围。
对本发明的所图解说明实例的以上说明(包含发明摘要中所描述内容)并不打算具穷尽性或限于所揭示的精确形式。虽然本文中出于说明性目的而描述本发明的具体实施例及实例，但可在不背离本发明的较宽广精神及范围之情况下做出各种等效修改。
鉴于上文的详细说明，可对本发明的实例做出这些修改。以下权利要求书中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭示的具体实施例。而是，该范畴将完全由以下权利要求书来判定，权利要求书将根据权利要求解释的既定原则加以理解。因此，本说明书及各图应视为说明性的而非限定性的。

Claims (22)

1.一种像素电路，其包括：
光电二极管，其安置于第一半导体层中、适于响应于入射光而积累图像电荷；
转移晶体管，其安置于所述第一半导体层中、耦合在安置于所述第一半导体层中的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，其安置于第二半导体层中、通过所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的混合接合耦合到所述转移晶体管的控制端子，以在第一转移控制信号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，其中所述选择电路经耦合以在对与其中包含所述转移晶体管的行不同的行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出所述第一转移控制信号，且其中所述选择电路经耦合以在对其中包含所述转移晶体管的所述行进行读出操作期间响应于样本启用信号而输出所述第二转移控制信号。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述选择电路包含：
第一开关，其经耦合以响应于所述预充电启用信号而产生所述第一转移控制信号；
第二开关，其经耦合以响应于所述样本启用信号而产生所述第二转移控制信号；
多路复用器电路，其经耦合以响应于对多个预充电行信号中的一者的选择而产生所述预充电启用信号，所述选择是响应于曝光值信号而做出；及
曝光存储器，其经耦合以存储所述曝光值信号。
3.根据权利要求2所述的像素电路，其中所述像素电路是像素阵列的像素电路块中的一者，其中所述曝光存储器中所存储的所述曝光值信号由所述像素电路块中的所述像素电路共享。
4.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述像素电路是像素阵列中所包含的布置成多个行及多个列的多个像素电路中的一者。
5.根据权利要求4所述的像素电路，其中所述像素阵列中一次可接收所述第一转移控制信号的行的总数目等于可由所述曝光存储器存储的不同可能曝光值的总数目。
6.根据权利要求5所述的像素电路，其进一步包括自动曝光控制电路，所述自动曝光控制电路安置于所述第二半导体层中且经耦合以产生由所述曝光存储器存储的所述不同可能曝光值。
7.根据权利要求4所述的像素电路，其中所述像素阵列中可一次接收所述第一转移控制信号或所述第二转移控制信号的行的总数目小于所述像素阵列的行的总数目。
8.根据权利要求4所述的像素电路，其进一步包括转移控制信号源，所述转移控制信号源安置于所述第二半导体层中且经耦合以产生经耦合以由所述像素阵列同时接收的所述第一转移控制信号及所述第二转移控制信号，其中所述转移控制信号源一次的最大负荷是在用于所述第一转移控制信号的时间处所述像素阵列中可接收所述第一转移控制信号的行的所述总数目，及在用于所述第二转移控制信号的时间处所述像素阵列中正在被读出的单个行。
9.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述第一控制信号是预充电转移控制信号，且其中第二控制信号是样本转移控制信号。
10.根据权利要求1所述的像素电路，其进一步包括：
复位晶体管，其安置于所述第一半导体层中且耦合到所述浮动扩散部以选择性地对所述浮动扩散部进行复位；
放大器晶体管，其安置于所述第一半导体层中且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，其安置于所述第一半导体层中、耦合于位线与所述放大器晶体管之间。
11.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述第一半导体层与所述第二半导体层是以堆叠式芯片方案而被堆叠且耦合在一起。
12.一种成像系统，其包括：
像素阵列，其具有布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：
光电二极管，其安置于第一半导体层中、适于响应于入射光而积累图像电荷；
转移晶体管，其安置于所述第一半导体层中、耦合在安置于所述第一半导体层中的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；
选择电路，其安置于第二半导体层中、通过所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的混合接合耦合到所述转移晶体管的控制端子，以在第一转移控制信号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，其中所述选择电路经耦合以在对与其中包含所述转移晶体管的行不同的行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出所述第一转移控制信号，且其中所述选择电路经耦合以在对其中包含所述转移晶体管的所述行进行读出操作期间响应于样本启用信号而输出所述第二转移控制信号；
控制电路，其安置于所述第二半导体层中且耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，其中所述选择电路包含于所述控制电路中；及
读出电路，其安置于所述第二半导体层中且耦合到所述像素阵列以从所述多个像素电路读出图像数据。
13.根据权利要求12所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑安置于所述第二半导体层中且耦合到所述读出电路以存储从所述多个像素电路读出的所述图像数据。
14.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述选择电路包含：
第一开关，其经耦合以响应于所述预充电启用信号而产生所述第一转移控制信号；
第二开关，其经耦合以响应于所述样本启用信号而产生所述第二转移控制信号；
多路复用器电路，其经耦合以响应于对多个预充电行信号中的一者的选择而产生所述预充电启用信号，所述选择是响应于曝光值信号而做出；及
曝光存储器，其经耦合以存储所述曝光值信号。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述像素电路是所述像素阵列的像素电路块中的一者，其中所述曝光存储器中所存储的所述曝光值信号由所述像素电路块中的所述像素电路共享。
16.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述像素阵列中一次可接收所述第一转移控制信号的行的总数目等于可由所述曝光存储器存储的不同可能曝光值的总数目。
17.根据权利要求16所述的成像系统，其进一步包括自动曝光控制电路，所述自动曝光控制电路安置于所述第二半导体层中且经耦合以产生由所述曝光存储器存储的所述不同可能曝光值。
18.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述像素阵列中一次可接收所述第一转移控制信号或所述第二转移控制信号的行的总数目小于所述像素阵列的行的总数目。
19.根据权利要求12所述的成像系统，其进一步包括转移控制信号源，所述转移控制信号源安置于所述第二半导体层中且经耦合以产生经耦合以由所述像素阵列同时接收的所述第一转移控制信号及所述第二转移控制信号，其中所述转移控制信号源一次的最大负荷是在用于所述第一转移控制信号的时间处所述像素阵列中可接收所述第一转移控制信号的行的所述总数目，及在用于所述第二转移控制信号的时间处所述像素阵列中正在被读出的单个行。
20.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述第一控制信号是预充电转移控制信号，且其中第二控制信号是样本转移控制信号。
21.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述像素电路中的每一者进一步包括：
复位晶体管，其安置于所述第一半导体层中且耦合到所述浮动扩散部以选择性地对所述浮动扩散部进行复位；
放大器晶体管，其安置于所述第一半导体层中且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，其安置于所述第一半导体层中、耦合于位线与所述放大器晶体管之间。
22.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述第一半导体层与所述第二半导体层是以堆叠式芯片方案而被堆叠且耦合在一起。
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