CN110557583B - 图像传感器、操作图像传感器的方法及成像系统 - Google Patents

图像传感器、操作图像传感器的方法及成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种图像传感器、操作图像传感器的方法及成像系统，所述图像传感器可包括布置成行和列的图像像素。所述图像像素可包括由第一控制信号控制的抗光晕晶体管和由第二控制信号控制的转移晶体管。所述第一控制信号和所述第二控制信号基于不同组的阶段生成。所述不同组的阶段彼此偏移。通过具有一组延迟或偏移的阶段，所述第一控制信号和所述第二控制信号可彼此独立地被生效，从而在光闪烁减轻操作模式期间提供更短的积聚时间周期。可在读出操作之前添加附加组阶段，以考虑延迟并确保正确的读出操作。

Description

图像传感器、操作图像传感器的方法及成像系统
技术领域
本发明整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及图像传感器、操作图像传感器的方法及成像系统。
背景技术
图像传感器常在电子设备，诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置中，电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。通常将电路耦接到各个像素列以用于读出来自图像像素的图像信号。
该行图像像素各自包含光电二极管以供响应于图像光而生成电荷。图像像素可被配置成具有光闪烁减轻能力。然而，在光闪烁减轻模式下操作的图像像素可能具有一组不必要的长积聚时间周期，这可能影响光闪烁减轻的有效性。
因此，可能期望的是能够提供具有改进的图像传感器的成像设备。
发明内容
根据本发明的一实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：图像像素，所述图像像素被配置成接收第一控制信号和第二控制信号；和控制信号生成电路，所述控制信号生成电路被配置成基于相应的第一组阶段和第二组阶段生成所述第一控制信号和所述第二控制信号，其中，所述第二组阶段相对于所述第一组阶段具有偏移。
根据本发明的另一实施例，提供了一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括耦接到所述图像传感器中的像素的控制信号生成电路，所述方法包括：利用所述控制信号生成电路，在第一多个阶段中的给定阶段期间使第一控制信号生效；利用所述控制信号生成电路，在第二多个阶段中的所述给定阶段期间使所述第一控制信号解除生效；利用所述控制信号生成电路，在第三多个阶段中的所述给定阶段期间脉冲化第二控制信号，其中，所述第三多个阶段中的所述给定阶段偏移了比所述第二多个阶段少的阶段数量；以及在所述像素处，接收所述第一控制信号和所述第二控制信号。
根据本发明的再一实施例，提供了一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：输入-输出电路；处理电路；和图像传感器，所述图像传感器包括布置成多个列和多个行的图像像素，其中，给定行中的给定图像像素被配置成在第一多个阶段中的给定阶段期间接收第一信号，其中，所述多个行中的对应行被配置成在所述第一多个阶段的相应阶段期间接收一个或多个信号，其中，所述给定图像像素被配置成在第二多个阶段中的给定阶段期间接收第二信号，其中，所述多个行中的对应行被配置成在所述第二多个阶段的相应阶段期间接收一个或多个信号，其中，所述第二多个阶段中的所述给定阶段比所述第一多个阶段中的所述给定阶段延迟一个时间周期，并且其中，所述时间周期与图像积聚时间相关联。
附图说明
图1为根据一个实施方案的示例性电子设备的示意图，该电子设备具有图像传感器和处理电路以供使用图像像素阵列捕获图像。
图2为根据一个实施方案的示例性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关联读出电路的示意图。
图3为根据一个实施方案的示例性图像传感器像素的示意图。
图4为根据一个实施方案的使用不同控制信号的公共阶段在光闪烁操作模式下操作图像像素的示例性时序图。
图5为根据一个实施方案的使用对应控制信号的不同阶段在光闪烁操作模式下操作图像像素的示例性时序图。
图6为根据一个实施方案的使用对应控制信号的不同阶段在光闪烁操作模式下操作图像像素的示例性时序图。
图7为根据一个实施方案的采用图1至图6的实施方案的处理器系统的框图。
具体实施方式
电子设备，诸如数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素的阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如，将入射光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如，用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件所产生的电荷相对应。
图1为示例性成像系统(诸如，电子设备)的示意图，该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备，诸如相机、移动电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、机动车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统或者捕获数字图像数据的任何其他所需的成像系统或设备。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应的图像传感器16。透镜14可包括固定透镜和/或可调透镜，并且可包括形成于图像传感器16的成像表面上的微透镜。在图像捕获操作期间，可通过透镜14将来自场景的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素信号转换成要提供给存储和处理电路18的对应的数字图像数据的电路。如果需要，相机模块12可设置有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。
存储和处理电路18可包括一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的组件(例如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关联的模块12内的集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12捕获的图像数据(例如，使用处理电路18上的图像处理引擎、使用处理电路18上的成像模式选择引擎等)。可根据需要使用耦接到处理电路18的有线和/或无线通信路径将经过处理的图像数据提供给外部设备(例如，计算机、外部显示器或其他设备)。
如图2所示，图像传感器16可包括包含被布置成行和列的图像传感器像素30(在本文中有时称为图像像素或像素)的像素阵列20以及控制和处理电路44(其可包括例如图像信号处理电路)。像素阵列20可包含例如数百或数千行以及数百或数千列的图像传感器像素30。控制电路44可耦接到行控制电路46(本文中有时称为行解码器电路或行电路)和列读出电路48(本文中有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路46可从控制电路44接收行地址，并且通过行控制线50将对应的行控制信号，诸如重置控制信号、行选择控制信号、电荷转移控制信号、抗光晕控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素30。可将一根或多根导线(诸如，列线42)耦接到像素阵列20中的每一列像素30。列线42可用于从像素30读出图像信号以及用于将偏置信号(例如，偏置电流、偏置电压、偏置电压电平等)提供给像素30。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路46选择阵列20中的像素行，并且可沿列线42读出由该像素行中的图像像素30生成的图像信号。
图像读出电路48可通过列线42接收图像信号(例如，由像素30生成的模拟像素值)。图像读出电路48可包括用于对从像素阵列20读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟-数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的锁存电路，或者耦接到像素阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素30以及用于从像素30读出图像信号的其他电路。读出电路48中的ADC电路可将从阵列20接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路48可针对一个或多个像素列中的像素30将数字像素数据提供给控制和处理电路44和/或处理器18(图1)。
图像阵列20可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列具有多个滤色器元件以允许单个图像传感器对不同颜色的光进行采样。例如，诸如阵列20中的图像像素30的图像传感器像素可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用被布置成拜耳马赛克图案的红色、绿色和蓝色图像传感器像素对对应的红光、绿光和蓝光(RGB)进行采样。拜耳马赛克图案由重复的2×2个图像像素的单元格组成，其中两个绿色图像像素沿对角线彼此相对，并且邻近与蓝色图像像素沿对角线相对的红色图像像素。在另一个合适的示例中，拜耳图案中的绿色像素被替换为具有宽带滤色器元件(例如，透明滤色器元件、黄色滤色器元件等)的宽带图像像素。这些示例仅仅是示例性的，并且一般来讲，可在任何所需数量的图像像素30上方形成任何所需颜色和任何所需图案的滤色器元件。可在滤色器阵列的上表面上方形成微透镜，以将入射光聚焦到与该像素30相关联的光敏区域上。可在滤色器阵列的上表面上方形成微透镜，以将入射光聚焦到与该像素30相关联的光敏区域上。
图3中示出了图像传感器16的示例性图像像素30中的电路。如图3所示，像素30可包括光敏元件，诸如光电二极管22(或光电探测器22)。可在正电源端子33处提供像素正电源电压(例如，电压Vaa)。可在接地端子32(本文中有时称为另一个电源端子)处提供接地电源电压(例如，电压Vss)。入射光可在入射光穿过滤色器结构之后由光电二极管22收集。光电二极管22可将光转换成电荷。
在图像被采集之前，可使控制信号AB生效以接通(抗光晕)晶体管52(例如，生效为高以激活对应的晶体管)，并将光电二极管22重置到重置电压(例如，电压Vaa)。也可使重置控制信号RST生效。这样可接通重置晶体管28并且将电荷存储节点26(也称为浮动扩散或浮动扩散区域)重置到重置电压。重置控制信号RST然后可被解除生效以关断重置晶体管28(例如，生效为低以去激活对应的晶体管)。当控制信号AB被解除生效以关断晶体管52时，信号采集可在光电二极管22处开始。在图像采集过程完成之后，可使转移门控制信号TX生效以接通转移晶体管(转移门)24。当转移晶体管24接通时，由光电二极管22响应于入射光所生成的电荷被转移至电荷存储节点26。
电荷存储节点26可使用掺杂半导体的区域(例如，通过离子注入、杂质扩散或其他掺杂技术形成于硅衬底中的掺杂硅区域)实施。掺杂半导体区域(即浮动扩散FD)可呈现用于存储从光电二极管22转移的电荷的电容(例如电容Cfd)。与节点26上的所存储电荷相关联的信号可由源极跟随器晶体管34缓冲。行选择晶体管36可将源极跟随器晶体管34连接到列输出线42。
如果需要，可使用多种类型的图像像素电路来实现图像传感器16的图像像素。例如，每个图像传感器像素30(参见例如图1)可以是三晶体管像素、具有四个晶体管的钉扎光电二极管像素、全局快门像素等。图3的电路仅仅是例示性的。
仍然参考图3，像素30还可包括经由(溢出)晶体管56耦接到浮动扩散26的溢出电容器54(本文中有时称为电荷存储结构)。特别地，像素30可在溢出操作模式下操作。在这种操作模式下，像素30可使控制信号TX和DCG生效(同时)以分别激活晶体管24和56。电容器54可具有比浮动扩散26大得多的存储容量。这样，电容器54可通过存储大量(溢出)电荷(例如，在长积聚周期期间，在明亮的图像点或场景中，用于电荷积聚)来扩展像素30的动态范围。
像素阵列20可包括布置成多行(例如，布置成0-N行)的像素30。每行可包括多个像素30，每个像素被配置有电荷溢出能力(例如，每个像素30可具有至少一个溢出晶体管和至少一个溢出电容器54)。像素阵列20包括具有结合图3示出和描述的像素配置的一个或多个像素的情景在本文中被描述为示例。如果需要，像素阵列20中的一个或多个像素可具有任何其他合适的像素配置。
像素30也可在LFM操作模式下操作，其中控制信号AB和TX(任选地与控制信号DCG组合)以交织方式生效(例如，交替生效)，以在短曝光周期(例如，长曝光周期内的多个短积聚周期)期间有效地采集图像信号。换句话说，为了以交织的方式使用控制信号AB和TX/DCG，当控制信号AB被生效为高时，控制信号TX和DCG被生效为低，反之亦然。以LFM模式操作像素30允许像素30捕获入射光，否则入射光可能由于闪烁效应而逃避捕获。
特别地，图4示出了用于在图像采集时间周期期间在光闪烁减轻模式下操作图像传感器(诸如图3中具有像素30的图像传感器)的示例性时序图。像素30可接收控制信号AB和TX以及其他控制信号。控制信号AB和TX可共享公共阶段。更具体地，一组阶段0,1,2,3,…N可形成行时间周期RT。行时间中的每个阶段可对应于一个时间周期，在该时间周期期间，针对像素阵列20中的特定像素行发生控制信号生效和解除生效。作为示例，图4中的控制信号AB和TX可对应于像素阵列20的行0中的像素。在该情景中，对应的控制信号的转变可能仅在每个行时间周期的阶段0期间发生。行时间中的每个阶段可对应于由像素阵列20中相应行采取的动作，使得阵列20的控制方案可以有组织的滚动方式发生。
如图4所示，在LFM模式期间的图像采集可从控制信号AB的生效60开始。如果需要，生效60可以是在像素重置时间周期期间控制信号AB的相同生效。生效60可在第一周期RT1的阶段0处具有从低到高的转变(例如，当控制信号AB被生效时)。生效可在第二周期RT2的阶段0处具有从高到低的转变(例如，当控制信号AB被解除生效时)。随后，控制信号TX可在第三周期RT3的阶段0处被脉冲化(例如，控制信号TX可被生效和解除生效)(即，生效61)。生效60的解除生效和生效61的解除生效之间的时间周期可以是LFM图像信号的第一积聚时间。在第一积聚时间期间生成的电荷可转移到电荷存储结构(例如，图3中的浮动扩散26和/或溢出电容器54)。
在LFM模式期间的图像采集可包括在长曝光周期内的许多短积聚时间，这增加了在短积聚时间中的至少一个或多个期间捕获闪烁光的可能性。作为示例，在生效61之后，控制信号AB可在第四周期RT4的阶段0期间再次被生效，并且在第五周期RT5的阶段0期间被解除生效(即，生效62)。此后，控制信号TX可在第六周期RT6的阶段0处被脉冲化(即，生效63)。类似地，生效62的解除生效和生效63的解除生效之间的时间周期可是LFM图像信号的第二积聚时间。在第二积聚时间期间生成的电荷可被转移到电荷存储结构(例如，图3中的浮动扩散区域26和/或溢出电容器54)，并且与在第一积聚时间期间生成的电荷和在任何后续积聚时间期间生成的电荷相加。控制信号AB和TX的生效可以图4所示的交织方式发生任意期望的次数，以在相应的积聚时间期间生成任何对应的电荷。
然而，可能希望缩短每一个相应的积聚时间。特别地，在更长的积聚时间期间生成更多的电荷。每次积聚时间生成的电荷越多，达到浮动扩散区域的容量所需的积聚时间就越少。因此，为了避免在浮动扩散区域产生不期望的溢出效应，积聚时间的次数将受到限制。通过缩短积聚时间，在相同的曝光周期期间，可发生更多次的积聚时间，从而增强图像传感器的光闪烁减轻能力。另外，因为特定像素可接收共享在行时间中的特定阶段的控制信号AB和TX，所以最小积聚时间受到行时间的限制(例如，至少一个行时间)。作为示例，当控制信号AB在阶段0被解除生效以开始积聚时间周期时，最早的控制信号TX只能在后续行时间的阶段0处被脉冲化。
为了减轻这些问题，控制信号生成电路(例如，图2中的行电路46和/或控制电路44)可生成与相应阶段相关联的控制信号(例如，每个控制信号具有一组相应阶段)。控制信号生成电路可根据AB阶段(例如，基于AB阶段信号或AB时钟信号)生成控制信号AB。控制信号生成电路可根据TX阶段(例如，基于TX阶段信号或TX时钟信号)生成控制信号TX。在该示例中，AB阶段中的每个阶段不必对准TX阶段中的对应阶段(例如，AB阶段中的阶段0不与TX阶段中的阶段0同时发生)。
图5示出了使用控制信号AB和TX的不同组阶段在光闪烁减轻模式下操作图像传感器(诸如图3中具有像素30的图像传感器)的示例性时序图。特别地，图像采集可类似地从控制信号AB的生效70开始。控制信号AB对于AB阶段可在第一行时间周期RT1中的阶段0期间生效，并且对于AB阶段可在第二行时间周期RT2中的阶段0期间解除生效。在生效70之后，可发生控制信号TX的生效71。对于TX阶段，控制信号TX可在第二行时间周期RT2的阶段0期间被脉冲化。RT1、RT2等的标签仅仅是为了清楚起见。对于AB阶段和TX阶段的每个时间周期RT1、RT2可对应于预定的恒定时间周期。
如图5所示，在AB阶段和TX阶段之间存在偏移。作为示例，TX阶段的阶段0可对应于(对准)AB阶段的阶段3。这仅仅是示例性的。如果需要，可在AB阶段和TX阶段之间提供任何合适的偏移。作为示例，在AB阶段和TX阶段之间可存在单阶段偏移(例如，TX阶段的阶段0可对应于AB阶段的阶段1)。作为进一步的示例，在AB阶段和TX阶段之间可存在两阶段偏移、三阶段偏移、多于三阶段的偏移等。控制信号生成电路可被配置成(通过图1中的处理电路18)为不同的控制信号生成不同的阶段组，其中阶段是偏移的。换句话说，控制信号生成电路可生成具有不同偏移或延迟的控制信号，以提供可编程延迟子行时间控制(例如，精细积聚时间控制)。
在图5的示例中，通过提供AB阶段和TX阶段之间的三阶段偏移，最小积聚时间是三个阶段，而不是图4的示例中的行时间(例如，N个阶段)。另外，控制信号AB的后续生效可更紧凑。作为示例，控制信号AB可随后在第三行时间周期RT3(而不是在图4中的第四时间周期RT4)的阶段0处被生效。对应的控制信号TX生效可发生在第四行时间周期RT4的阶段0处。图像采集可以这种交织方式继续(例如，其中控制信号AB在第(i)行时间周期的AB阶段0期间被生效，并且在第(i+1)行时间周期的AB阶段0期间被解除生效，并且其中控制信号TX在第(i+1)行时间周期的TX阶段0期间被生效)，直到最后一组TX和AB控制信号生效。
如图6所示，图像采集周期110可以最终的AB和TX控制信号生效对(即生效100和101)结束。出于上述原因，AB阶段的行时间周期RT(M-1)和RT(M)可能是生成生效100所必需的。类似地，TX阶段的行时间周期RT(M)可能是生成生效101所必需的。除了这些必要的行时间周期之外，可插入附加行时间周期RT(M+1)，以考虑AB和TX阶段之间的延迟。读出周期120可仅发生在AB阶段的附加行时间周期RT(M+1)之后。
图5和图6的示例仅仅是示例性的。特别地，尽管图5和图6中的积聚时间中的每一个被示出为小于一个行时间(例如，三个阶段)，但这仅仅是示例性的。如果需要，每个积聚时间可以是一个行时间和三个阶段、两个行时间和三个阶段等。通过提供AB阶段和TX阶段之间的偏移，不仅可实现更短的积聚时间，而且可实现具有更好分辨率的积聚时间。作为示例，尽管图4中的积聚时间可持续一个行时间、两个行时间或任何其他完整的行时间，但是图5和图6中的积聚时间可持续一个和第n行时间、一个和两个第n行时间等。作为另一示例，控制信号生成电路可提供低于或高于一个行时间的任何第N分辨率积聚时间(例如，通过提供具有相对于彼此的可编程延迟的控制信号)。
此外，尽管结合控制信号AB和TX描述了图5和图6，但这仅仅是示例性的。如果需要，任何其他控制信号(例如，控制信号RST、DCG、RS等)可使用相对于与另一个控制信号相关联的阶段偏移的一组单独的阶段来提供。通过在任意两个控制信号之间提供阶段偏移，可对接收这两个控制信号的给定像素实现更精细的控制。换句话说，在单个行时间周期期间，像素行中的给定像素可被配置成对于像素行有效地具有多个“阶段”。
另外，为了清楚起见(例如，为了避免不必要地模糊图5和图6)，省略了在像素重置时间周期、图像采集时间周期(例如，图6中的周期110)、图像读出时间周期(例如，图6中的周期120)和任何其他周期期间的各种控制信号和控制信号的生效。如果需要，控制信号可被生效以在像素重置时间周期期间和/或在图像采集时间周期之前将任何电荷存储区域重置到参考电压。如果需要，控制信号可被生效以读出在任何电荷存储区域中生成的各种电荷，和/或被生效以在图像读出时间周期期间读出各种重置电平信号。
图7是包括成像设备708(例如，图1的相机模块12)的示例性处理器系统700(诸如数码相机)的简化图，该成像设备采用如上文结合图1至图6所述的图像传感器。在不进行限制的前提下，此类系统可包括计算机系统、静态或视频摄像机系统、扫描仪、机器视觉系统、车辆导航系统、视频电话、监控系统、自动对焦系统、星体跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统、以及其他采用成像设备的系统。
处理器系统700例如数字静态或视频相机系统一般包括透镜714，该透镜用于在快门释放按钮716被按下时，将图像聚焦到成像设备708中的一个或多个像素阵列上；以及中央处理单元(CPU)702，诸如微处理器，其控制相机功能和一个或多个图像流功能。处理单元702可通过系统总线706与一个或多个输入-输出(I/O)设备710通信。成像设备708还可通过总线706与CPU 702通信。系统700还可包括随机存取存储器(RAM)704并且可任选地包括可移动存储器712，诸如闪存存储器，该存储器也可通过总线706与CPU 702通信。成像设备708可在单个集成电路上或在不同芯片上与CPU组合，无论是否具有存储器存储装置。尽管总线706被示出为单总线，但该总线也可以是一个或多个总线、桥接器或用于互连系统700的系统部件的其他通信路径。
已经描述了各种实施方案，示出了配置有光闪烁减轻功能的图像传感器的系统和方法。
在一个实施方案中，图像传感器可包括图像像素阵列，该图像像素阵列具有布置成行和列的图像像素。特定行中的特定图像像素可被配置成接收第一控制信号和第二控制信号。控制信号生成电路可被配置成基于相应的第一组阶段和第二组阶段生成第一控制信号和第二控制信号。第二组阶段可相对于第一组阶段具有阶段偏移。特别地，第一组阶段中的每个阶段和第二组阶段中的每个阶段可(单独地)与各行中的相应行相关联。作为示例，第一控制信号可在与给定行相关联的第一组阶段中的给定阶段期间被生效，并且第二控制信号可在与给定行相关联的第二组阶段中的给定阶段期间被生效。与给定行相关联的第一组阶段中的给定阶段可相对于与给定行相关联的第二组阶段中的给定阶段具有阶段偏移。
另外，特定图像像素可包括经由第一(抗光晕)晶体管耦接到电压供应端子的光电二极管，并且可包括将光电二极管耦接到浮动扩散区域的第二(电荷转移)晶体管。第一晶体管可被配置成接收第一控制信号，并且第二晶体管可被配置成接收第二控制信号。
为了在LFM操作模式下操作图像像素，控制信号生成电路可被配置成交替地使第一控制信号和第二控制信号生效。在第一控制信号的解除生效和第二控制信号的对应解除生效之间的时间周期包括积聚时间周期。可能出现许多此类积聚时间周期，包括最终积聚时间周期。在积聚时间周期期间生成的电荷可被聚积以生成LFM图像信号。在像素读出时间周期之前，控制信号生成电路可被配置成提供与第一控制信号相关联的附加组阶段，在此期间第一控制信号被解除生效。与第一控制信号相关联的附加组阶段可在时间上与第二组阶段的至少一部分重叠。
用于操作图像传感器的方法可包括：利用控制信号生成电路，在第一组阶段中的给定阶段期间使第一控制信号生效；在第二组阶段中的给定阶段期间使第一控制信号解除生效；以及在第三组阶段中的给定阶段期间脉冲化第二控制信号。第三多个阶段中的给定阶段可偏移比第二多个阶段少的阶段数量。阶段数量可确定像素的积聚时间。第一多个阶段、第二多个阶段和第三多个阶段具有与行时间相关联的相同数量的阶段。该方法可包括：利用像素，在积聚时间期间响应于图像光生成电荷；在附加的多个积聚时间期间响应于图像光生成附加电荷；以及通过聚积电荷和附加电荷生成LFM信号图像信号。附加的多个积聚时间可包括最终积聚时间。控制信号生成电路可在最终积聚时间之后生成附加的多个阶段。
根据一个实施方案，图像传感器可包括：图像像素，其被配置成接收第一控制信号和第二控制信号；以及控制信号生成电路，其被配置成基于相应的第一组阶段和第二组阶段生成第一控制信号和第二控制信号。第二组阶段可相对于第一组阶段具有偏移。
根据另一个实施方案，图像传感器可包括布置成多个列和多个行的图像像素。图像像素可在多个行中的给定行中。第一组阶段中的每个阶段可与多个行中的相应行相关联。第一控制信号可在与给定行相关联的第一组阶段中的给定阶段期间被生效。
根据另一个实施方案，第二组阶段中的每个阶段可与多个行中的对应行相关联。第二控制信号可在与给定行相关联的第二组阶段中的给定阶段期间被生效。
根据另一个实施方案，与给定行相关联的第一组阶段中的给定阶段可相对于与给定行相关联的第二组阶段中的给定阶段具有偏移。
根据另一个实施方案，图像像素可包括经由第一晶体管耦接到电压供应端子的光电二极管，并且可包括将光电二极管耦接到浮动扩散区域的第二晶体管。第一晶体管可被配置成接收第一控制信号。第二晶体管可被配置成接收第二控制信号。
根据另一个实施方案，控制信号生成电路可被配置成在光闪烁减轻操作模式期间交替地使第一控制信号和第二控制信号生效。
根据另一个实施方案，在第一控制信号的解除生效和第二控制信号的对应解除生效之间的时间周期可包括积聚时间周期。
根据另一个实施方案，在第一控制信号的附加解除生效和第二控制信号的附加对应解除生效之间的附加时间周期可包括附加积聚时间周期。
根据另一个实施方案，光电二极管可在积聚时间周期期间生成第一电荷量，并且在第二积聚时间周期期间生成第二电荷量。至少第一电荷量和第二电荷量可被组合以生成光闪烁减轻图像信号。
根据另一个实施方案，在第一信号的解除生效和该信号的对应解除生效之间的时间周期可包括在像素读出时间周期之前的最终积聚时间周期。控制信号生成电路可被配置成提供与第一控制信号相关联的附加组阶段。第一控制信号可在附加组阶段期间被解除生效。
根据另一个实施方案，与第一控制信号相关联的附加组阶段可在时间上与第二组阶段的至少一部分重叠。
根据一个实施方案，操作包括耦接到图像传感器中的像素的控制信号生成电路的图像传感器的方法可包括：利用控制信号生成电路，在第一多个阶段中的给定阶段期间使第一控制信号生效；利用控制信号生成电路，在第二多个阶段中的给定阶段期间使第一控制信号解除生效；利用控制信号生成电路，在第三多个阶段中的给定阶段期间脉冲化第二控制信号；以及在像素处，接收第一控制信号和第二控制信号。第三多个阶段中的给定阶段可偏移比第二多个阶段少的阶段数量。
根据另一个实施方案，阶段数量可确定像素的积聚时间。
根据另一个实施方案，第一多个阶段、第二多个阶段和第三多个阶段可具有相同的阶段数量。
根据另一个实施方案，相同的阶段数量可与行时间相关联。
根据另一个实施方案，该方法可包括：利用像素，在积聚时间期间响应于图像光生成电荷；利用像素，在附加的多个积聚时间期间响应于图像光生成附加电荷；以及在像素处，通过聚积电荷和附加电荷来生成光闪烁减轻图像信号。
根据另一个实施方案，附加的多个积聚时间可包括最终积聚时间。该方法可包括：利用控制信号生成电路，在最终积聚时间之后生成附加的多个阶段。
根据一个实施方案，系统可包括输入-输出电路、处理电路和图像传感器，该图像传感器包括布置成多个列和多个行的图像像素。给定行中的给定图像像素可被配置成在第一多个阶段中的给定阶段期间接收第一信号。多个行中的对应行可被配置成在第一多个阶段的相应阶段期间接收一个或多个信号。给定图像像素可被配置成接收在第二多个阶段中的给定阶段期间接收第二信号。多个行中的对应行可被配置成在第二多个阶段的相应阶段期间接收一个或多个信号。第二多个阶段中的给定阶段可从第一多个阶段中的给定阶段延迟一个时间周期。该时间周期可与图像积聚时间相关联。
根据另一个实施方案，给定图像像素可包括接收第一信号的抗光晕晶体管和接收第二信号的电荷转移晶体管。
根据另一个实施方案，第一多个阶段和第二多个阶段可单独包括行时间周期。该时间周期可小于行时间周期。
前述内容仅仅是对本发明原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本发明的实质和范围的前提下进行多种修改。上述实施方案可单独实施或以任意组合方式实施。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
图像像素，所述图像像素被配置成接收第一控制信号和第二控制信号；和
控制信号生成电路，所述控制信号生成电路被配置成：
在针对所述第一控制信号的第一行时间周期中的阶段处，使所述第一控制信号生效；
在针对所述第一控制信号的第二行时间周期中的所述阶段处，使对应被生效的第一控制信号解除生效；以及
在针对所述第二控制信号的行时间周期中的所述阶段处，控制所述第二控制信号，其中，所述第一行时间周期中的所述阶段与所述第二行时间周期中的所述阶段间隔第一数量的阶段，并且其中，所述第二行时间周期中的所述阶段与针对所述第二控制信号的所述行时间周期中的所述阶段间隔第二数量的阶段，所述第二数量的阶段少于所述第一数量的阶段。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器包括：
布置成多个列和多个行的图像像素，其中，所述图像像素在所述多个行中的给定行中，其中，所述第二行时间周期具有包括有所述阶段的一组阶段，并且其中，所述第二行时间周期中的每个阶段与所述多个行中的相应行相关联。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，针对所述第二控制信号的所述行时间周期具有包括有所述阶段的一组阶段，其中，针对所述第二控制信号的所述行时间周期中的每个阶段与所述多个行中的对应行相关联，并且其中，被生效的第一控制信号保持生效达单个行时间周期。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像像素包括经由第一晶体管耦接到电压供应端子的光电二极管，并且包括将所述光电二极管耦接到浮动扩散区域的第二晶体管，其中，所述第一晶体管被配置成接收所述第一控制信号，其中，所述第二晶体管被配置成接收所述第二控制信号，并且其中，所述控制信号生成电路被配置成在光闪烁减轻操作模式期间交替地使所述第一控制信号和所述第二控制信号生效。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，在所述第一控制信号的解除生效和所述第二控制信号的对应解除生效之间的时间周期包括在像素读出时间周期之前的最终积聚时间周期，其中，所述控制信号生成电路被配置成提供针对所述第一控制信号的附加行时间周期，所述附加行时间周期介于所述最终积聚时间周期和所述像素读出时间周期之间，其中，所述第一控制信号在所述附加行时间周期期间被解除生效，并且其中，针对所述第一控制信号的附加行时间周期至少与发生了所述第二控制信号的对应解除生效的行时间周期，在时间上重叠。
6.一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括耦接到所述图像传感器中的像素的控制信号生成电路，其特征在于，所述方法包括：
利用所述控制信号生成电路，在第一多个阶段中的给定阶段期间使第一控制信号生效；
利用所述控制信号生成电路，在第二多个阶段中的所述给定阶段期间使对应被生效的第一控制信号解除生效，所述第二多个阶段与所述第一多个阶段具有相同数量的阶段；
利用所述控制信号生成电路，在第三多个阶段中的所述给定阶段期间脉冲化第二控制信号，其中，所述第三多个阶段中的所述给定阶段与所述第二多个阶段中的所述给定阶段间隔附加数量的阶段，所述附加数量的阶段不是所述相同数量的阶段的整数倍；以及
在所述像素处，接收所述第一控制信号和所述第二控制信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，从使对应被生效的第一控制信号解除生效到使所述第二控制信号脉冲化的时间周期，确定了所述像素的积聚时间，其中，所述第一多个阶段、所述第二多个阶段和所述第三多个阶段具有相同的阶段数量，并且其中，所述相同的阶段数量整体上与行时间相关联。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括：
利用所述像素，在所述积聚时间期间响应于图像光生成电荷；
利用所述像素，在附加的多个对应积聚时间期间响应于图像光生成各个附加电荷；
在所述像素处，通过聚积所述电荷和所述各个附加电荷中的每个生成光闪烁减轻图像信号，其中，所述附加的多个对应积聚时间包括最终积聚时间；以及
利用所述控制信号生成电路，在所述最终积聚时间之后生成针对所述第一控制信号的附加的多个阶段。
9.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：
输入-输出电路；
处理电路；和
图像传感器，所述图像传感器包括控制电路和布置成多个列和多个行的图像像素，其中，给定行中的给定图像像素被配置成在第一多个阶段中的给定阶段期间从所述控制电路接收第一控制信号和第二控制信号，其中，所述控制电路被配置成在第一组按次序的行时间周期期间控制所述第一控制信号，以及在第二组按次序的行时间周期期间控制所述第二控制信号，所述第一组按次序的行时间周期中的每个行时间周期具有第一数量的阶段，所述第二组按次序的行时间周期中的每个行时间周期具有所述第一数量的阶段，并且其中，所述第一组按次序的行时间周期与所述第二组按次序的行时间周期在时间上偏移第二数量的阶段，所述第二数量的阶段少于所述第一数量的阶段。
10.根据权利要求9所述的成像系统，其中，所述给定图像像素包括接收所述第一控制信号的抗光晕晶体管和接收所述第二控制信号的电荷转移晶体管，其中，所述第一组行时间周期中的每个行时间周期中的每个阶段与所述控制电路控制所述多个行中的对应行中的图像像素的一种类型控制信号的时间相关联，以及所述第二组行时间周期中的每个行时间周期中的每个阶段与所述控制电路控制所述多个行中的对应行中的图像像素的附加类型的控制信号的时间相关联。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005277709A (ja) * 2004-03-24 2005-10-06 Renesas Technology Corp 固体撮像装置
JP2006352295A (ja) * 2005-06-14 2006-12-28 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
JP2007060500A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Sharp Corp 増幅型固体撮像装置
CN102572311A (zh) * 2010-12-15 2012-07-11 索尼公司 固体摄像器件、用于固体摄像器件的驱动方法和电子装置
CN105981370A (zh) * 2014-02-07 2016-09-28 拉姆伯斯公司 馈通补偿图像传感器
CN106559622A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 半导体元件工业有限责任公司 具有闪烁抑制和高动态范围的成像系统
CN106847845A (zh) * 2015-12-04 2017-06-13 佳能株式会社 摄像设备、摄像系统和摄像设备的驱动方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7050094B2 (en) 2000-10-26 2006-05-23 Micron Technology, Inc. Wide dynamic range operation for CMOS sensor with freeze-frame shutter
US7233393B2 (en) * 2004-08-05 2007-06-19 Applera Corporation Signal noise reduction for imaging in biological analysis
JP5100052B2 (ja) 2006-07-31 2012-12-19 キヤノン株式会社 固体撮像素子の駆動回路、方法及び撮像システム
JP5040427B2 (ja) 2007-05-11 2012-10-03 ソニー株式会社 データ処理方法、データ処理装置、固体撮像装置、撮像装置、電子機器
JP5458582B2 (ja) 2009-01-28 2014-04-02 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
US9723233B2 (en) * 2012-04-18 2017-08-01 Brightway Vision Ltd. Controllable gated sensor
US10178329B2 (en) 2014-05-27 2019-01-08 Rambus Inc. Oversampled high dynamic-range image sensor
US9942503B2 (en) 2016-02-23 2018-04-10 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors having high-efficiency charge storage capabilities
KR102515664B1 (ko) 2016-03-08 2023-03-29 삼성전자주식회사 Led 플리커 완화 기능을 가지는 이미지 센서 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템
US20170366766A1 (en) 2016-06-16 2017-12-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors having high dynamic range functionalities
US9936153B1 (en) * 2016-10-04 2018-04-03 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor with dual floating diffusions per pixel for flicker-free detection of light emitting diodes
US10110840B2 (en) 2016-10-25 2018-10-23 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor pixels with overflow capabilities
US10714517B2 (en) * 2018-01-23 2020-07-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005277709A (ja) * 2004-03-24 2005-10-06 Renesas Technology Corp 固体撮像装置
JP2006352295A (ja) * 2005-06-14 2006-12-28 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
JP2007060500A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Sharp Corp 増幅型固体撮像装置
CN102572311A (zh) * 2010-12-15 2012-07-11 索尼公司 固体摄像器件、用于固体摄像器件的驱动方法和电子装置
CN105981370A (zh) * 2014-02-07 2016-09-28 拉姆伯斯公司 馈通补偿图像传感器
CN106559622A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 半导体元件工业有限责任公司 具有闪烁抑制和高动态范围的成像系统
CN106847845A (zh) * 2015-12-04 2017-06-13 佳能株式会社 摄像设备、摄像系统和摄像设备的驱动方法

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