CN117812476A

CN117812476A - 利用成像系统进行可见-红外图像捕获的操作方法

Info

Publication number: CN117812476A
Application number: CN202310952679.3A
Authority: CN
Inventors: 马渕圭司
Original assignee: Omnivision Technologies Inc
Current assignee: Omnivision Technologies Inc
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2023-07-31
Publication date: 2024-04-02
Also published as: US20240114258A1

Abstract

本申请涉及一种用于利用成像系统进行可见‑红外图像捕获的操作方法。描述了一种操作成像系统的方法。所述方法包括：将在第一图像帧的长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到第一像素及第二像素的相应浮动扩散区域；将长曝光图像信号从所述相应浮动扩散区域读出到与所述第一像素相关联的第一存储电容器及与所述第二像素相关联的第二存储电容器；将在所述第一图像帧的短曝光周期期间累积的第二图像电荷转移到所述第一像素及所述第二像素的所述相应浮动扩散区域；将短曝光图像信号从所述浮动扩散区域中的对应一者读出到所述第二存储电容器；及从所述第一存储电容器及所述第二存储电容器读出存储电荷信号以产生所述第一图像帧的图像数据。

Description

利用成像系统进行可见-红外图像捕获的操作方法

技术领域

本公开一般来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及CMOS图像传感器及其应用。

背景技术

图像传感器已变得无处不在且现在广泛用于数码相机、蜂窝电话、安全摄像机以及医疗、汽车及其它应用中。随着图像传感器被集成到更宽广范围的子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理以尽可能多的方式(例如，分辨率、功耗、动态范围等)增强所述图像传感器的功能性、性能度量等。

典型的图像传感器响应于从入射到图像传感器上的外部场景反射的图像光而进行操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分并在吸收图像光后即刻产生图像电荷。由像素光生的图像电荷可作为列位线上的模拟输出图像信号来测量，所述模拟输出图像信号依据入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，所述图像电荷作为模拟图像信号从列位线读出并转换成数字值以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

发明内容

本公开的实施例提供一种操作成像系统的方法，所述方法包括：将在第一图像帧的长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到第一像素及第二像素的相应浮动扩散区域；将长曝光图像信号从所述相应浮动扩散区域读出到与所述第一像素相关联的第一存储电容器及与所述第二像素相关联的第二存储电容器；将在所述第一图像帧的短曝光周期期间累积的第二图像电荷转移到所述第一像素及所述第二像素的所述相应浮动扩散区域；将短曝光图像信号从所述浮动扩散区域中的对应一者读出到所述第二存储电容器；及从所述第一存储电容器及所述第二存储电容器读出存储电荷信号以产生所述第一图像帧的图像数据，其中所述图像数据基于与所述第一像素相关联的所述长曝光图像信号及与所述第二像素相关联的所述短曝光图像信号中的对应一者。

本公开的另一实施例提供一种成像系统，其包括：图像传感器，其包含以若干行及若干列布置的多个像素，其中所述多个像素包含各自定位于所述行中所包含的第一行内的第一像素及第二像素；控制器，其耦合到所述图像传感器，所述控制器包含存储指令的逻辑，当由所述控制器执行时，所述指令致使所述成像系统执行包括以下各项的操作：将在第一图像帧的长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到所述第一像素及所述第二像素的相应浮动扩散区域；将长曝光图像信号从所述相应浮动扩散区域读出到与所述第一像素相关联的第一存储电容器及与所述第二像素相关联的第二存储电容器；将在所述第一图像帧的短曝光周期期间累积的第二图像电荷转移到所述第一像素及所述第二像素的所述相应浮动扩散区域；将短曝光图像信号从所述浮动扩散区域中的对应一者读出到所述第二存储电容器；及从所述第一存储电容器及所述第二存储电容器读出存储电荷信号以产生所述第一图像帧的图像数据，其中所述图像数据基于与所述第一像素相关联的所述长曝光图像信号及与所述第二像素相关联的所述短曝光图像信号中的对应一者。

附图说明

参考以下各图描述了本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则在各个视图中，相似参考数字指代相似部件。并非元素的所有实例均必须被标记，以免在适当的情况下使图式混乱。图式未必按比例绘制，相反，重点在于图解说明所描述的原理。

图1A图解说明根据本公开的教示的实例性成像系统，其包含提供用于可见-红外图像捕获的选择性读出的传感器晶片及逻辑晶片。

图1B图解说明根据本公开的教示的包含在图1A的成像系统中的传感器晶片的横截面图。

图1C图解说明根据本公开的教示的包含在图1A的成像系统中的传感器晶片的俯视图。

图1D图解说明根据本公开的教示的用于图1A中所图解说明的成像系统中所包含的个别像素的实例性像素电路。

图1E图解说明根据本公开的教示的图1A中所图解说明的传感器晶片的实例性像素控制线布置。

图1F图解说明根据本公开的教示的图1A中所图解说明的逻辑晶片的实例性像素控制线布置。

图2A图解说明根据本公开的教示的用于成像系统的实例性操作方法，所述成像系统能选择性读出以进行可见-红外图像捕获。

图2B图解说明根据本公开的教示的用于在短曝光周期及长曝光周期期间经由选择性读出来捕获可见-红外图像帧的实例性时序图。

图3A图解说明根据本公开的教示的传感器晶片的实例性像素单元电路图。

图3B图解说明根据本公开的教示的逻辑晶片的实例性像素单元电路图。

图3C到3D图解说明根据本公开的教示的用于成像系统的实例性操作方法，所述成像系统能选择性读出以进行可见-红外图像捕获。

图4图解说明根据本公开的教示的逻辑晶片的实例性像素控制线布置。

图5A图解说明根据本公开的教示的用于成像系统的实例性像素电路。

图5B图解说明根据本公开的教示的图5A中所图解说明的成像系统的传感器晶片的实例性像素控制线布置。

图5C图解说明根据本公开的教示的图5A中所图解说明的逻辑晶片的实例性像素控制线布置。

图5D图解说明根据本公开的教示的用于在图像帧的长曝光周期及短曝光周期期间经由选择性读出而捕获表示外部场景的图像帧的实例性时序图。

图6图解说明根据本公开的教示的能选择性读出以进行可见-红外图像捕获的成像系统的框图。

具体实施方式

本文中描述了各自与能选择性读出以进行可见-红外图像捕获的图像传感器相关设备、系统及方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的全面理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中描述的技术可在不具有一或多个特定细节的情况下实践，或者利用其它方法、组件、材料等实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免使特定方面模糊。

在整个说明书中提及“一个实施例”或“一实施例”意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在本说明书各处的出现未必均指同一实施例。此外，在一或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何适合的方式组合。

在整个说明书中，使用数个技术术语。这些术语将采用其在所属领域中的普通含义，除非在本文中特别定义或者其使用的上下文清楚地另外表明。应注意，贯穿本文件，元素名称及符号可互换地使用(例如，Si对硅)；然而，两者具有相同含义。

本文中描述了能选择性读出以进行可见-红外图像捕获的成像系统及其方法的实施例。在一些实施例中，可具有堆叠式芯片方案的个别图像传感器被用于捕获外部场景的可见图像(例如，彩色)及不可见图像(例如，近红外、红外、短波红外、远红外或电磁辐射的可见光谱之外的其它频率范围)。这可至少部分地通过向图像传感器的存储节点提供选择性读出的图像传感器架构来实现。具体来说，可使用多个曝光周期来捕获图像帧，所述多个曝光周期包含与可见图像光相关联的长曝光周期及与不可见图像光(例如，近红外、红外、短波红外、远红外或电磁辐射的可见光谱之外的其它频率范围)相关联的短曝光周期。在一些实施例中，与存储节点相关联的存储控制线可经配置以即使在个别存储节点与共同行相关联时仍向存储节点提供独立的读出，以使得由图像传感器捕获的每一图像帧能够包含与长曝光周期及短曝光周期两者相关联的图像数据。

有利地，当利用图像传感器或成像系统结合向存储节点的选择性读出来捕获给定图像帧时，长曝光周期及短曝光周期允许减少可见图像数据与不可见图像数据之间的串扰。在一些实施例中，短曝光周期的持续时间可基于不可见光源照射外部场景所花费的时间(或更具体来说，不可见光照射外部场景并反射回到图像传感器或成像系统上的总时间)来裁适，这随后可用于增加长曝光周期的持续时间。换句话说，可增加长曝光周期相对于短曝光周期的持续时间比，以避免牺牲可见图像数据的敏感度，同时维持短曝光周期的充分持续时间以产生不可见图像数据。应了解，不可见图像数据可用于产生不干扰人眼或视觉的经照射图像、外部场景的深度图及/或确定一或多个像素与外部场景的距离。因此，通过减少短曝光周期的持续时间，可减少或以其它方式减轻环境光对不可见图像数据的影响。仍进一步地，长曝光周期与短曝光周期之间的增加的比率减轻外部场景中存在的闪烁变模糊。这在其中连续捕获图像帧且对于图像帧中的每一者均期望外部场景的不可见图像的视频捕获期间尤其有用。

虽然本文中所描述的大多数实施例是在捕获包含可见及不可见图像数据的图像帧的上下文中论述的，但应了解，其它实施例可在多个曝光周期内捕获仅具有可见图像数据及/或仅具有不可见图像数据的图像帧。特定来说，本文中所描述的特定实施例可用于使用多个曝光周期来捕获高动态范围的可见或不可见图像。

图1A图解说明根据本公开的教示的实例性成像系统100，其包含提供用于可见-红外图像捕获的选择性读出的传感器晶片101及逻辑晶片151。传感器晶片101包含多个像素105、驱动器111及输入/输出(I/O)接口109。逻辑晶片151包含像素电路系统153、列电路155、v型扫描器157、I/O接口159及控制电路系统161。在所图解说明实施例中，成像系统100包含堆叠式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，所述堆叠式CMOS图像传感器至少部分地由传感器晶片101(例如，第一裸片)及逻辑晶片151(例如，第二裸片)形成，所述传感器晶片与所述逻辑晶片以堆叠式芯片方案堆叠并耦合在一起(例如，电及/或物理地)。应了解，虽然在图1A中仅图解说明传感器晶片101及逻辑晶片151，但成像系统100的堆叠式芯片方案可包含可集成到堆叠式芯片方案中的额外裸片。另外，应了解，图1A中所呈现的视图可省略成像系统100的特定元件以避免模糊本公开的细节(例如，如图6中所图解说明的朝向外部场景发射电磁辐射的光源、图6中所图解说明的其它组件及/或未明确所图解说明的其它组件)。换句话说，并非成像系统100的所有元件均可在图1A内被标记、图解说明或以其它方式展示。进一步了解，在一些实施例中，成像系统100可不必包含所展示的所有元件。

图1A中所图解说明的堆叠式芯片方案将成像系统100的组件跨越多个裸片分布。具体来说，传感器晶片101包含多个像素105中所包含的光敏元件(例如，光电二极管、钉扎光电二极管等)，而逻辑晶片151包含与多个像素105相关联的像素电路系统153(例如，参见图1D)。换句话说，逻辑晶片151卸载与传感器晶片101的多个像素105相关联的电路系统的至少一部分，这有利地在传感器晶片101上提供额外空间。多个像素105可通过一或多个混合接合、穿硅通孔、其组合或其它适合的电路耦合技术耦合到像素电路系统153。在一些实施例中，通过将电路系统卸载到逻辑晶片151而在传感器晶片101上节省的空间可被重新用于增加包含在多个像素105中的个别光电二极管的大小，以允许增加像素大小、密度、敏感度、其组合等。另外或替代地，成像系统100的功能性可被促进，这是因为在不影响成像系统100的性能及/或功能性的情况下，逻辑晶片151可具有用于额外组件或电路系统的空间，所述额外组件或电路系统可能不以其它方式装配在含有多个像素105及像素电路系统153两者的个别晶片或衬底上。

在所图解说明实施例中，成像系统100包括传感器晶片101及耦合到传感器晶片101的逻辑晶片151。传感器晶片101包含多个像素105，所述多个像素包含以若干行(例如，R1、R2、R3、…RY)及若干列(例如，C1、C2、C3、…CX)布置的个别像素，以形成像素阵列。多个像素105可包含任何数量的像素，至少包含第一像素及第二像素。在相同或其它实施例中，多个像素105可进一步包含第三像素及第四像素。共同地，第一像素、第二像素、第三像素及第四像素可形成传感器晶片101的最小重复单元，或更具体来说，多个像素105。在一些实施例中，第一像素与第二像素共享第一共同行(例如，第一像素及第二像素中的每一者可被布置在若干行中的个别一行中，例如R1、R2、R3或所述行中包含的任何其它行)。在相同或其它实施例中，第三像素与第四像素共享不同于第一共同行的第二共同行(例如，第三像素及第四像素中的每一者可布置在若干行中的个别一行中，例如R1、R2、R3或所述行中包含的除第一共同行之外的任何其它行)。在一些实施例中，第一像素与第二像素邻近，使得沿着第一共同行在第一像素与第二像素之间无介入像素。在相同或其它实施例中，第三像素与第四像素邻近，使得沿着第二共同行在第三像素与第四像素之间无介入像素。在相同或其它实施例中，第一共同行与第二共同行邻近，使得在第一共同行与第二共同行之间的行中不包含介入行。

如上文所论述，包含在多个像素105中的每一给定像素可包含单个或多个光敏元件(例如，一或多个光电二极管)，所述光敏元件经配置以对入射光产生响应(例如，累积光生图像电荷)，所述光生图像电荷可被转移到与给定像素相关联的对应浮动扩散区域。在一些实施例中，响应于全局快门信号来操作传感器晶片101的多个像素105。换句话说，响应于全局快门信号，所累积的图像电荷可从包含在多个像素105中的相应光电二极管区域转移到对应浮动扩散区域。在一些实施例中，像素电路系统153包含多个存储节点(例如，用以在复位及光生载流子累积之后分别读出浮动扩散区域的电平的一或多个复位存储电容器及一或多个存储电容器)，每一存储节点与包含在多个像素105中的一或多个像素相关联。在一些实施例中，多个存储节点经配置以分别存储多个像素105中的每一者的图像信号电平及复位信号电平。在一些实施例中，逻辑晶片151可在逐行基础上操作。换句话说，可基于在逐行基础上读出的逻辑晶片151的多个存储节点而产生图像数据，这与从传感器晶片101的全局快门信号同时读出形成对比。应了解，在一些实施例中，像素电路系统153经配置以从多个存储节点提供选择性读出，从而促进利于多个曝光周期捕获图像帧。有利地，此方法允许全局快门的优点(例如，减轻的滚动快门伪像)，同时仍维持由从多个存储节点逐行读出所促进的低噪声优点。

如图1A中所图解说明，传感器晶片101及逻辑晶片151包含用于成像系统100的各种模拟及/或数字支持电路系统。在一些实施例中，支持电路系统包含但不限于行及列解码器及驱动器(例如，驱动器111)、模拟信号处理链、数字成像处理块、存储器、时序及控制电路(例如，控制电路161)、输入/输出(I/O)接口(例如，I/O接口109及159)、垂直扫描器(例如，v型扫描器157)、取样与保持电路系统、放大器、模/数转换器电路系统(例如，列电路155)、数字处理器以及适合于成像系统100的功能的逻辑电路的任何其它实施例。

图1B图解说明根据本公开的教示的包含在图1A的成像系统100中的传感器晶片101的横截面图100-A。更具体来说，横截面图100-A是展示由图1A中所图解说明的多个像素105形成的像素阵列中所包含的一行像素(例如，第一行)的部分横截面。返回参考图1B，多个像素105包含在半导体材料102(例如，对应于传感器晶片101或以其它方式包含在所述传感器晶片中的硅晶片或衬底、硅锗合金、锗、碳化硅合金、砷化铟镓合金、由III-V族化合物形成的任何其它合金、其它半导体材料或合金、其组合或块体衬底)中形成的多个光电二极管104、多个彩色滤光片106(例如，红色、绿色、蓝色、红外、清透、透明、青色、品红色、黄色、黑色或任何其它彩色滤光片，以对原本将入射在多个光电二极管104中所包含的光学对准的光电二极管上的可见光或不可见光进行滤光)，以及多个微透镜108。在一些实施例中，每一像素(例如，第一像素105-1、第二像素105-2或包含在多个像素105中的任何其它未标记的个别像素)包含多个光电二极管104中的至少一者、多个彩色滤光片106中的至少一者与多个微透镜108中的至少一者的光学对准的堆叠。如所图解说明，多个彩色滤光片106安置在多个光电二极管104与多个微透镜108之间。应了解，视图100-A图解说明由多个像素105形成的像素阵列中所包含的个别一行，其每行可具有“N”个元件。换句话说，若干行中所包含的每一行可具有包含在多个光电二极管104中的N个光电二极管、包含在多个彩色滤光片106中的N个彩色滤光片以及包含在多个微透镜108中的N个微透镜，其中N对应于大于2的整数。因此，光电二极管104-N、彩色滤光片106-N及微透镜108-N各自对应于视图100-A中所图解说明的行内的第N个元件。因此，在所图解说明实施例中，包含在多个光电二极管104中的光电二极管、包含在多个彩色滤光片106中的彩色滤光片与包含在多个微透镜108中的微透镜之间存在一对一对应。然而，在其它实施例中，可能存在不同于一对一的对应。在一个实施例中，个别微透镜可与包含在多个彩色滤光片106中的多于一个彩色滤光片及/或包含在多个光电二极管104中的多于一个光电二极管光学对准(例如，共享)。

在所图解说明实施例中，包含在多个像素105中的第一像素105-1包含安置在半导体材料102的第一部分102-1中的多个光电二极管104中所包含的第一光电二极管104-1、多个彩色滤光片106中所包含的第一彩色滤光片106-1(例如，蓝色彩色滤光片)及多个微透镜108中所包含的第一微透镜108-1。如所图解说明，第一光电二极管104-1、第一彩色滤光片106-1及第一微透镜108-1彼此光学对准以形成第一像素105-1。与第一像素105-1邻近的是第二像素105-2(例如，在第一像素105-1与第二像素102-2之间无介入像素)，所述第二像素包含安置在半导体材料102的第二部分102-2中的多个光电二极管104中所包含的第二光电二极管104-2、多个彩色滤光片106中所包含的第二彩色滤光片106-2(例如，红外或“IR”滤光片)及多个微透镜108中所包含的第二微透镜108-2。应了解，在一些实施例中，IR滤光片(例如，多个彩色滤光片106中所包含的第二彩色滤光片106-2或任何其它IR滤光片)可与允许近红外、红外或远红外光(例如，波长在800nm到3000nm之间的光)透射的清透或透明彩色滤光片对应。因此，应了解，在一些实施例中，多个彩色滤光片106中所包含的IR滤光片未必使电磁光谱的可见范围(例如，大约300nm到800nm)内的光衰减。在其它实施例中，多个彩色滤光片106中所包含的IR滤光片使电磁光谱的红外范围(例如，大约800nm到3000nm)之外的入射光衰减(例如，经由反射、衍射、吸收或其它方式)。应了解，与电磁光谱的可见范围相关联的彩色滤光片(例如，红色、绿色、蓝色或其它)可使指定彩色之外的入射光衰减(例如，蓝色彩色滤光片使对应于蓝色的电磁光谱的可见范围的区域之外的可见光衰减，绿色彩色滤光片使对应于绿色的电磁光谱的可见范围的区域之外的可见光衰减，等等)。

如上文所论述，图1A中所图解说明的成像系统100的图1B中所图解说明的横截面图100-A可不包含所有元件，以避免使本公开的特定方面模糊。在一些实施例中，成像系统100可进一步包含一或多个经掺杂半导体区域以在半导体材料102中形成多个光电二极管104(例如，一或多个光电二极管、钉扎光电二极管等)、形成隔离结构(例如，安置在多个光电二极管104中所包含的邻近光电二极管之间的浅沟槽隔离结构、深沟槽隔离结构等)、金属栅格结构(例如，安置在多个彩色滤光片106中所包含的邻近彩色滤光片之间的一或多个金属结构)、衰减层、抗反射膜、滤光片或其它组件。

图1C图解说明根据本公开的教示的包含在图1A的成像系统中的传感器晶片101的俯视图100-B。更具体来说，俯视图100-B图解说明由图1A中所图解说明的多个像素105形成的像素阵列。返回参考图1C，视图100-B图解说明以若干行(例如，R1、R2、R3、…RY)及若干列(例如，C1、C2、C3、…CY)布置的多个像素105。所述行(例如，R1、R2、R3等)可由图1B中所图解说明的视图100-A表示。举例来说，图1C中所图解说明的行“R2”的横截面图可对应于图1B中所图解说明的视图100-A。返回参考图1C，多个像素105中的每一者包含多个光电二极管104中所包含的一个光电二极管、多个彩色滤光片106中所包含的一个彩色滤光片及多个微透镜108中所包含的一个微透镜。在所图解说明实施例中，多个像素105具有规则且重复的布置，使得在具有红色彩色滤光片(例如，106-R)、绿色彩色滤光片(例如，106-G)、蓝色彩色滤光片(例如，106-B)及红外彩色滤光片(例如，106-IR)的多个像素105中所包含的二乘二邻近像素组形成多个像素单元中的一者(例如，像素单元110)，每一像素单元相似于(即，对应于)多个像素105的最小重复单元。如图1C中所图解说明，像素单元110包含蓝色像素105-B(例如，对应于图1B中所图解说明的105-1的第一像素)、红外像素105-IR(例如，对应于图1B中所图解说明的105-2的第二像素)、红色像素105-R(例如，第三像素)及绿色像素105-G(例如，第四像素)。在所图解说明实施例中，第一像素(例如，105-B)、第二像素(例如，105-IR)、第三像素(例如，105-R)及第四像素(例如，105-G)彼此邻近以形成在成像系统(例如，图1A中所图解说明的成像系统100)的多个像素单元中所包含的第一像素单元(例如，像素单元110)。应了解，在一些实施例中，包含在多个彩色滤光片106(例如，106-B、106-IR、106-R及/或106-G)中的不同彩色滤光片可对电磁光谱内的各种光波长具有不同的光谱光响应。在一个实施例中，第一像素单元(例如，像素单元110)的第二像素(例如，105-IR)比第一像素(例如，105-B、105-G及/或105-R)对第一波长(例如，包含在电磁光谱的红外范围内的一或多个离散波长，例如800nm与3000nm之间的任何波长)更敏感。换句话说，通过第二像素的多个彩色滤光片106中所包含的对应彩色滤光片(例如，IR彩色滤光片)的第一波长的第二透射率大于通过第一像素的多个彩色滤光片106中所包含的对应彩色滤光片(例如，红色、绿色及/或蓝色彩色滤光片)的第一波长的第一透射率。

图1D图解说明根据本公开的教示的用于图1A中所图解说明的成像系统的多个像素105中所包含的个别像素105-N的实例性像素电路150。更具体来说，图1D中所图解说明的示意图代表像素105-N及相关联的像素电路系统153-N。出于论述目的，包含在像素电路系统153中的与像素105-N相关联且位于逻辑晶片151中或其上的一部分电路系统被称为像素电路系统153-N。然而，应了解，在所图解说明实施例中，像素105-N还包含位于传感器晶片101上的电路系统。因此，如本文中的实施例中所论述，术语“像素”包含多个光电二极管中所包含的至少一个光电二极管且可进一步包含与所述至少一个光电二极管相关联的电路系统、控制线等。在一些实施例中，至少一个光电二极管、电路系统、控制线均位于共同衬底(例如，传感器晶片101)上或其中。在相同或其它实施例中，电路系统及控制线可跨越多个衬底(例如，传感器晶片101及逻辑晶片151)分布。此外，应了解，图1D中所图解说明的电路图未必意味着传感器晶片101及/或逻辑晶片151内或其上的元件的特定物理位置。

如图1D中所图解说明，像素105-N包含：光电二极管104-N(例如，钉扎光电二极管)、包含有转移栅极112的转移晶体管TX、浮动扩散区域114、包含有第一复位门116的复位晶体管RST₁、源极跟随器晶体管SF₁以及包含有选择门118的选择晶体管SEL，以上每一者安置在传感器晶片101中、其上或以其它方式包含在所述传感器晶片中。与像素105-N相关联的像素电路系统153-N包含：包含有晶体管CS及晶体管CSW的电流源122、包含有第二复位栅极128的第二复位晶体管RST₂、包含有复位存储栅极130的复位存储晶体管SSW_R、复位存储电容器C_R、包含有存储栅极132的存储晶体管SSW_S、存储电容器C_S、包含有行选择栅极134的行选择晶体管RS以及第二源极跟随器晶体管SF₂，以上每一者安置在逻辑晶片151中、其上或以其它方式包含在所述逻辑晶片中。如所图解说明，包含在像素电路系统153-N中的复位存储晶体管SSW_R、复位存储栅极130、复位存储电容器C_R、存储晶体管SSW_S、存储栅极132及存储电容器C_S形成与像素105-N相关联的存储节点124。注意，传感器晶片101可在每像素基础上经由包含互连件120的多个互连件(混合焊盘、穿硅通孔或其它适合的电路耦合技术)而耦合到逻辑晶片151。换句话说，包含在多个像素中的每一像素(例如，图1A中所图解说明的多个像素105中的个别像素，例如图1D中所图解说明的像素153-N)经由一或多个对应互连件(例如，图1D中所图解说明的互连件120)个别地耦合到相关联像素电路系统(例如，图1A中所图解说明的与多个像素105中的个别像素相关联的像素电路系统153的一部分，例如图1D中所图解说明的像素电路系统153-N)。包含在传感器晶片101中的像素105-N的电路系统经由互连件120而电耦合到像素电路系统153-N。

如所图解说明，转移晶体管TX耦合于光电二极管104-N与浮动扩散区域114之间。浮动扩散区域114耦合于转移晶体管TX、复位晶体管RST₁与源极跟随器晶体管SF₁之间。源极跟随器晶体管SF₁耦合于浮动扩散区域114与选择晶体管SEL之间。浮动扩散区域114耦合到源极跟随器晶体管SF₁的栅极。互连件120耦合于浮动扩散区域114与存储节点124之间(例如，间接地经由源极跟随器晶体管SF₁及选择晶体管SEL)。存储节点124进一步耦合于互连件120与第二源极跟随器晶体管SF₂之间。复位存储晶体管SSW_R耦合于复位存储电容器C_R与第二复位晶体管RST₂之间。存储电容器SSW_S耦合于存储电容器C_S与第二复位晶体管RST₂之间。第二源极跟随器晶体管SF₂耦合于行选择晶体管RS与存储节点124之间。行选择晶体管RS耦合于位线与存储节点124之间。

应了解，在所图解说明实施例中，每一晶体管(例如，转移晶体管TX、复位晶体管RST₁、选择晶体管SEL、晶体管CS、晶体管CSW、复位存储晶体管SSW_R、存储晶体管SSW_S及行选择晶体管RS)的栅极端子(例如，转移栅极112、第一复位栅极116、选择栅极118、第二复位栅极128、晶体管CS的未标记栅极、晶体管CSW的未标记栅极、复位存储栅极130、存储栅极132及行选择栅极134)可耦合到一或多个控制线(例如，参见图1E及图1F)，以用于控制成像系统100的操作。具体来说，控制线可耦合到控制器、控制电路系统(例如，参见图1A中所图解说明的控制电路161)或未明确图解说明的其它电路系统，以控制成像系统100的操作。在一些实施例中，沿着共同行的共同元件可共享控制线。在相同或其它实施例中，根据本公开的实施例，特定元件可经配置以具有个别控制线来提供选择性读出。

在一些实施例中，包含在图1A中所图解说明的多个像素105中的每一像素具有图1D中所图解说明的对应像素电路系统。因此，包含在多个像素105中的每一像素与包含在多个存储节点(未图解说明但包含在图1A中所图解说明的像素电路系统153中)中的个别存储节点相关联(例如，图1D中所图解说明的存储节点124与对应于像素105-N的多个像素105中的个别像素相关联)。因此，逻辑晶片151包含多个存储电容器(例如，用于包含在多个像素105中的每一像素的存储电容器C_S中的至少一者)，每一存储电容器与传感器晶片101的多个像素105中的相应像素相关联。多个存储电容器包含与第一像素相关联的第一存储电容器及与第二像素相关联的第二存储电容器(例如，包含在多个存储电容器中的第一存储电容器及第二存储电容器分别与包含在多个像素105中的对应像素(例如图1B中所图解说明的像素105-1及105-2)相关联或以其它方式电耦合)。类似地，逻辑晶片151包含多个复位存储电容器(例如，用于包含在多个像素105中的每一像素的复位存储电容器C_R中的至少一者)，每一复位存储电容器与传感器晶片101的多个像素105中的相应像素相关联。多个复位存储电容器包含与第一像素(例如，图1B中所图解说明的像素105-1)相关联的第一复位存储电容器及与第二像素(例如，图1B中所图解说明的像素105-2)相关联的第二复位存储电容器。

在捕获表示外部场景的给定图像帧(例如，包含在多个图像帧中的第一图像帧)的操作期间，响应于施加(例如，断言)到转移栅极112(例如，经由转移控制线)以接通转移晶体管TX的转移信号，由光电二极管104-N在与给定图像帧相关联的曝光周期(例如，短曝光周期、长曝光周期或其它)期间累积的图像电荷可被转移到浮动扩散区域114。在一些实施例中，转移信号可致使累积在多个光电二极管104中的每一者中的图像电荷同时被转移到与多个像素105相关联的相应浮动扩散区域。源极跟随器晶体管SF₁耦合到光电二极管104-N以响应于由光电二极管104-N在曝光周期(例如，长曝光周期、短曝光周期或其它曝光周期)期间累积的图像电荷而产生图像信号(例如，长曝光图像信号、短曝光图像信号或其它，这取决于与正被读出的给定图像帧相关联的曝光周期)。在所图解说明实施例中，图像信号被读出到存储节点124，或更具体来说，经由存储晶体管SSW_S被读出到对应存储电容器C_S。在相同或其它实施例中，复位晶体管RST₁可用于对浮动扩散区域114中的电荷进行复位，并视情况对光电二极管104-N中的电荷进行复位(例如，复位到VDD或另一适当的预定电位)。在复位期间，复位信号(例如，长曝光复位信号、短曝光复位信号或其它，这取决于与正被读出的给定图像帧相关联的曝光周期)可被读出并存储在对应复位存储电容器C_R中。在一些实施例中，对于包含在多个像素105中的每一像素，可从图像信号中减去复位信号(例如，相关双取样)，以产生对应于或以其它方式表示图像帧的图像数据。在相同或其它实施例中，电流源122结合复位晶体管RST₂可用于将电容器(例如，复位存储电容器C_R及/或存储电容器C_S)复位到预定值。可利用行选择晶体管(例如，经由施加到行选择栅极134的行选择信号)来在逐行基础上将图像信号及复位信号读出到列电路系统(例如，经由图1A中所图解说明的去往列电路155的位线)以产生图像数据。应了解，已省略了与成像系统100的操作相关的额外细节，这将在后续章节中更详细地论述。

图1E图解说明根据本公开的教示的用于图1A中所图解说明的传感器晶片101的像素单元(例如，像素单元110)的实例性像素控制线布置152。如先前所论述，所图解说明的像素单元110包含多个像素105中所包含的红色(105-R)、绿色(105-G)、蓝色(105-B)及红外(105-IR)像素，每一像素具有如图1D中所图解说明的对应电路系统。如所图解说明，蓝色像素105-B(例如，第一像素)及红外像素105-IR(例如，第二像素)安置在行“n”(例如，第一行)上。红色像素105-R(例如，第三像素)及绿色像素105-G(例如，第四像素)布置在不同于行“n”的行“n+1”(例如，第二行)上。应了解，第一行与第二行彼此邻近(例如，在第一行与第二行之间无介入行)。包含在像素单元110中的每一像素在传感器晶片101上具有其自身的相应电路系统实例(例如，参见图1D)，其由具有适当标记名称的相应控制线控制。如图1E中所图解说明，控制线布置152包含第一复位控制线RST1(n)154、第一转移控制线TX(n)156、第一选择控制线SEL(n)158、第二复位控制线RST1(n+1)160、第二转移控制线TX(n+1)162及第二选择控制线SEL(n+1)164。图1E中所图解说明的控制线名称的一般格式指示经耦合栅极，后续接着相关联的行。举例来说，控制线TX(n)156的标记“TX(n)”指示控制线TX(n)156可耦合到与行n相关联的每一像素的转移栅极(例如，图1D中所图解说明的转移栅极112)，第一复位控制线RST1(n)154的标记“RST1(n)”指示第一复位控制线RST1(n)154可耦合到与行n相关联的每一像素的第一复位栅极(例如，图1D中所图解说明的第一复位栅极116)。由黑色圆圈表示的连接节点指示与关联于对应像素的指定电路元件的连接。举例来说，如果在一或多个像素(例如，如图1E中所图解说明的105-B及105-IR)上的控制线TX(n)156上存在连接节点，那么控制线TX(n)156耦合到一或多个像素中的每一者的转移栅极(即，像素105-B及105-R两者的转移栅极112)。应了解，当在对应控制线经过相关联的像素时省略连接节点时，则对应控制线不耦合到指定电路元件。

因此，在所图解说明实施例中，第一复位控制线RST1(n)154电耦合到第一像素105-B及第二像素105-IR中的每一者中所包含的复位晶体管RST₁的第一复位栅极116。第一转移控制线TX(n)156及第一选择控制线SEL(n)158也沿着行n(例如，第一行)定位，其各自耦合到像素105-B(例如，第一像素)、像素105-IR(例如，第二像素)及视情况可包含在行n中的额外像素(未图解说明)的转移晶体管(例如，图1D中所图解说明的转移晶体管TX)的相应转移栅极(例如，图1D中所图解说明的转移栅极112)及选择晶体管(例如，图1D中所图解说明的选择晶体管SEL)的选择栅极(例如，图1D中所图解说明的选择栅极118)。换句话说，第一转移控制线TX(n)156与行n(例如，第一行)相关联且第一转移控制线TX(n)156耦合到第一像素的第一转移栅极及第二像素的第二转移栅极(例如，图1D中针对像素105-B及105-IR两者所图解说明的转移栅极112)。

类似地，包含第三像素105-R、第四像素105-G及视情况额外像素(未图解说明)的行n+1(例如，第二行)包含第二复位控制线RST1 160(n+1)、第二转移控制线TX(n+1)162及第二选择控制线SEL(n+1)164，所述控制线各自耦合行n+1中所包含的每一像素(例如，第三像素105-R、第四像素105-G及视情况图1E中未图解说明的额外像素)的相应栅极(例如，转移栅极、第一复位栅极及选择栅极，例如图1D中所图解说明的转移栅极112、第一复位栅极116及选择栅极118)。

在一些实施例中，与给定行相关联的每一组控制线中所包含的邻近控制线(例如，各自与行n相关联的第一复位控制线RST1(n)154、第一转移控制线TX(n)156及第一选择控制线SEL(n)158)可彼此分开共同的分隔距离(例如，图1E中所图解说明的分隔距离166)。在相同或其它实施例中，邻近行(例如，行n及行n+1)的控制线可关于轴线168对称(例如，包含行n的第一复位控制线RST1(n)154、第一转移控制线TX(n)156及第一选择控制线SEL(n)158的第一传感器晶片控制线群组与包含行n+1的第二复位控制线RST1(n+1)160、第二转移控制线TX(n+1)162及第二选择控制线SEL(n+1)164的第二传感器晶片控制线群组关于轴线168对称)。应了解，在所图解说明实施例中，连接节点跨越共同列对准。然而，在其它实施例中，连接节点可不跨越共同列对准。

图1F图解说明根据本公开的教示的与图1A中所图解说明的像素单元(例如，像素单元110)相关联的逻辑晶片151上的像素电路系统(例如，像素电路系统153-N)的实例性像素控制线布置172。更具体来说，图1F所图解说明的控制线补充了图1E中所图解说明的控制线，所述控制线耦合到控制电路系统(例如，图1A中所图解说明的控制电路系统161)、列电路系统(例如，图1A中所图解说明的列电路155)及/或其它电路系统以控制像素单元(例如，像素单元110)的操作，或更具体来说，控制图1A中所图解说明的成像系统100的操作。如先前所论述，像素单元110包含红色(105-R)、绿色(105-G)、蓝色(105-B)及红外(105-IR)像素。包含在像素单元110中的每一像素在传感器晶片101及逻辑晶片151上具有其自身的相应电路系统实例，如图1D中所图解说明。因此，返回参考图1F，像素单元110的像素电路系统153-N的实例分别标记为153-R、153-G、153-B及153-IR。因此，对于像素单元110，逻辑晶片151的像素电路系统153-R与传感器晶片101的像素105-R相关联，逻辑晶片151的像素电路系统153-G与传感器晶片101的像素105-G相关联，逻辑晶片151的像素电路系统153-B与像素105-B相关联，且像素电路系统153-IR与像素105-IR相关联。

如图1F中所图解说明，控制线布置172包含各自与行n(例如，第一行)相关联的第一存储控制线SSW_S(n)174、第二存储控制线SSW_IR_S(n)178、第一复位存储控制线SSW_R(n)176、第二复位存储控制线SSW_IR_R(n)180、第二复位控制线RST2(n)182、行选择控制线RS(n)184、控制线CSW(n)186、控制线CS(n)188。类似地，对于行n+1(例如，第二行)，存在第三存储控制线SSW_S(n+1)175、第三复位存储线SSW_R(n+1)177、控制线SSW_IR_S(n+1)179、控制线SSW_IR_R(n+1)181、第二复位控制线RST2(n+1)183、行选择控制线RS(n+1)185、控制线CSW(n+1)186及控制线CS(n+1)189。

图1F中所图解说明的控制线名称的一般格式类似于图1E的一般格式，其中所述名称指示耦合的栅极后续接着相关联行。举例来说，第一复位存储控制线SSW_R(n)176的标记“SSW_R(n)”指示第一复位存储控制线SSW_R(n)176可耦合到与行n相关联的每一像素的复位存储栅极(例如，图1D中所图解说明的复位存储栅极130)，第一存储控制线SSW_S(n)174的标记“SSW_S(n)”指示第一存储控制线SSW_S(n)174可耦合到与行n相关联的每一像素的第一存储栅极(例如，图1D中所图解说明的第一存储栅极132)等等。由黑色圆圈表示的连接节点指示与关联于对应像素的指定电路元件的连接。举例来说，如果在一或多个像素(例如，如图1F中所图解说明的153-B)的像素电路系统上的第一存储控制线SSW_S(n)174上存在连接节点，那么第一存储控制线SSW_S(n)174耦合到一或多个像素中的每一者的像素电路系统中所包含的存储栅极。应了解，当在对应控制线经过相关联的像素时省略连接节点时，则对应控制线不耦合到指定电路元件。

应了解，图1F中所图解说明的控制线布置172与图1E中所图解说明的控制线布置152的一个不同之处在于，图1F包含额外控制线以提供选择性读出，从而有助于利用多个曝光周期捕获可见-红外图像帧的操作。具体来说，由于来自短曝光周期的红外数据将与来自长曝光周期的彩色图像数据结合使用以产生图像帧，因此含有可见像素(例如，图1A中所图解说明的105-B或者在具有不同彩色滤光片布置的实施例中例如105-G或105-R的其它彩色像素)及不可见像素(例如，例如图1A中所图解说明的105-IR的红外像素)两者的行含有额外控制线，以提供彩色像素与不可见像素(例如，行n)之间的选择性读出。为了在读出期间维持控制线对称并减少或以其它方式减轻噪声，未耦合到任何像素的虚设控制线也被包含在不含有不可见像素的行(例如，行n+1)中。

因此，在所图解说明实施例中，第一复位存储控制线SSW_R(n)176耦合到行n中的每一可见像素的像素电路系统(例如，像素105-B的像素电路系统153-B)中所包含的复位存储栅极，而第二复位存储控制线SSW_IR_R(n)180耦合到每一不可见像素的像素电路系统(例如，像素105-IR的像素电路系统153-IR)中所包含的复位存储栅极。类似地，第一存储控制线SSW_S(n)174耦合到行n中的每一可见像素的像素电路系统(例如，像素105-B的像素电路系统153-B)中所包含的存储栅极，而第二存储控制线SSW_IR_S(n)178耦合到行n中的每一不可见像素的像素电路系统(例如，像素105-IR的像素电路系统153-IR)中所包含的存储栅极。注意，在所图解说明实施例中，行n+1不与任何不可见像素相关联。因此，第三存储控制线SSW_S(n+1)175及第三复位存储线SSW_R(n+1)177分别耦合到包含于行n+1中的每一可见像素的像素电路系统(例如，像素电路系统153-R及153-G)中所包含的存储栅极及复位栅极。为了在读出期间维持控制线对称并减轻噪声，对于行n+1存在控制线SSW_IR_S(n+1)179及控制线SSW_IR_R(n+1)181，但未连接到与行n+1相关联的像素的像素电路系统，这由沿着所述控制线缺少连接节点来表示。换句话说，控制线SSW_IR_S(n+1)179及控制线SSW_IR_R(n+1)181是虚设控制线。特定来说，控制线SSW_IR_S(n+1)179对应于虚设存储控制线且控制线SSW_IR_R(n+1)181对应于虚设复位存储控制线。

以下细节接着描述当在如由图1D中所图解说明的像素电路系统153-N的不同实例表示的像素电路系统153-B、153-IR、153-R及153-G的上下文中观察时图1F的控制线之间的总体关系。第一存储控制线SSW_S(n)174耦合到与第一像素相关联的第一存储栅极(例如，与像素105-B相关联的包含在像素电路系统153-B中的存储栅极132)。第一存储栅极(例如，包含在像素电路系统153-B中的存储栅极132)包含在耦合到第一存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-B中的存储电容器C_S)的第一存储晶体管(例如，包含在像素电路系统153-B中的存储晶体管SSW_S)中。第二存储控制线SSW_IR_S(n)178耦合到与第二像素相关联的第二存储栅极(例如，与像素105-IR相关联的包含在像素电路系统153-IR中的存储栅极132)。第二存储栅极(例如，包含在像素电路系统153-IR中的存储栅极132)包含在耦合到第二存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-IR中的存储电容器C_S)的第二存储晶体管(例如，包含在像素电路系统153-IR中的存储晶体管SSW_S)中。如图1F中所图解说明，第一存储控制线SSW_S(n)174与第二存储控制线SSW_IR_S(n)178分开，以向第一存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-B中的存储电容器C_S)或第二存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-IR中的存储电容器C_S)中的至少一者提供选择性读出。逻辑晶片151进一步包含第三存储控制线SSW_S(n+1)175，其耦合到与第三像素相关联的第三存储栅极(例如，与像素105-R相关联的包含在像素电路系统153-R中的存储栅极132)及与第四像素相关联的第四存储栅极(例如，与像素105-G相关联的包含在像素电路系统153-G中的存储栅极132)。第三存储栅极(例如，包含在像素电路系统153-R中的存储栅极132)包含在耦合到第三存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-R中的存储电容器C_S)的第三存储晶体管(例如，包含在像素电路系统153-R中的存储晶体管SSW_S)中。第四存储栅极(例如，包含在像素电路系统153-G中的存储栅极132)包含在耦合到第四存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-G中的存储电容器C_S)的第四存储晶体管(例如，包含在像素电路系统153-G中的存储晶体管SSW_S)中。逻辑晶片151进一步包含定位于第三存储控制线SSW_S(n+1)175附近的虚设存储控制线(例如，控制线SSW_IR_S(n+1)179)。如所图解说明，虚设存储控制线(例如，控制线SSW_IR_S(n+1)179)不连接到任何栅极，包含与第一像素、第二像素、第三像素及第四像素相关联的第一存储栅极、第二存储栅极、第三存储栅极及第四存储栅极。在图1F所图解说明的实施例中，虚设存储控制线(例如，控制线SSW_IR_S(n+1)179)经定位以维持逻辑晶片151的控制线对称性，使得第一存储控制线SSW_S(n)174与第二存储控制线SSW_IR_S(n)178之间的第一分隔距离191等于第三存储控制线SSW_S(n+1)175与虚设存储控制线(例如，控制线SSW_IR_S(n+1)179)之间的第二分隔距离193。

应了解，虚设控制线(例如，虚设存储控制线SSW_IR_S(n+1)179、虚设存储复位控制线SSW_IR_R(n+1)181或本公开的各种实施例中描述的其它虚设控制线)可被偏置到预定值(例如，预设电压电平)。在一些实施例中，偏置的预定值对应于一或多个附近控制线的逻辑低(例如，接地或负偏置电压，例如-1.4V)。在一些实施例中，施加到虚设控制线的预定值对应于邻近控制线(即，并非是虚设控制线中的一者)的逻辑低。举例来说，施加到虚设存储控制线SSW_IR_S(n+1)179及/或虚设存储复位控制线SSW_IR_R(n+1)181的偏压的预定值可对应于控制线SSW_S(n+1)175及/或第三复位存储线SSW_R(n+1)177的逻辑低值，以提供物理及电对称(例如，当活动控制线处于逻辑低时)。

在所图解说明实施例中，像素单元110的逻辑晶片151控制线进一步包含复位存储控制线SSW_R(n)176，其耦合到与第一像素相关联的第一复位存储栅极(例如，与像素105-B相关联的包含在像素电路系统153-B中的复位存储栅极130)。第一复位存储栅极(例如，包含在像素电路系统153-B中的复位存储栅极130)包含在耦合到第一复位存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-B中的复位存储电容器C_R)的第一复位存储晶体管(例如，包含在像素电路系统153-B中的存储晶体管SSW_R)中。第二复位存储控制线SSW_IR_R(n)180耦合到与第二像素相关联的第二存储栅极(例如，与像素105-IR相关联的包含在像素电路系统153-IR中的复位存储栅极130)。第二复位存储栅极(例如，包含在像素电路系统153-IR中的复位存储栅极130)包含在耦合到第二复位存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-IR中的复位存储电容器C_R)的第二存储晶体管(例如，包含在像素电路系统153-IR中的复位存储晶体管SSW_R)中。如图1F中所图解说明，第一复位存储控制线SSW_R(n)176与第二复位存储控制线SSW_IR_R(n)180分开，以向第一复位存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-B中的复位存储电容器C_R)或第二复位存储电容器(例如，包含在像素电路系统153-IR中的存储电容器C_R)中的至少一者提供选择性读出。

在相同或其它实施例中，与邻近行(例如，行n及行n+1)相关联的逻辑晶片151的控制线可关于轴线195对称(例如，包含行n的第一存储控制线SSW_S(n)174、第二存储控制线SSW_IR_S(n)178、第一复位存储控制线SSW_R(n)176、第二复位存储控制线SSW_IR_R(n+1)180的第一逻辑晶片控制线群组与包含行n+1的第三存储控制线SSW_S(n+1)175、第三复位存储线SSW_R(n+1)177、控制线SSW_IR_S(n+1)179、控制线SSW_IR_R(n+1)181的第二逻辑晶片控制线群组关于轴线195对称)。应了解，在所图解说明实施例中，连接节点跨越共同列对准。然而，在其它实施例中，连接节点可不跨越共同列对准。

图1E的控制线布置152及图1F的控制线布置172仅图解说明个别像素单元110，所述像素单元可为多个像素单元中所包含的许多像素单元中的一者(例如，如图1A中所图解说明)。因此，应了解，在行n及行n+1中可包含额外像素及相关联像素电路系统。换句话说，在本公开的一些实施例中，可存在多于两列。另外，在像素单元110上方及/或下方可存在额外行(例如，如图1A中所图解说明)。因此，明确图解说明的像素单元、行及/或列的特定数量不打算为限制性的且在本公开的各种实施例中可包含任何数量的像素单元、行及/或列。此外，应了解，可利用不同的彩色滤光片图案或布置(例如，红外像素可与红色、绿色或蓝色像素或者其它可见像素中的任一者邻近)。然而，在大多数实施例中，应了解，可维持控制线对称性以提供本文中所论述的优点。

图2A图解说明根据本公开的教示的用于成像系统的操作的实例性方法200，所述成像系统能选择性读出以进行可见-红外图像捕获。方法200可包含框202、204、206、208、210、212、214、216、218、220、222、224、226及228。应了解，包含框202到228的方法200的若干个框可以任何次序且甚至并行发生。另外，根据本公开的教示，可向方法200中添加或从所述方法移除若干框。应了解，方法200表示一种用于操作成像系统(例如，图1A到1F中所图解说明的成像系统100)的可能的实施方案。另外，应了解，方法200不仅限于图1A到1F中所图解说明的成像系统，而是方法200可适用于控制成像系统及/或图像传感器的其它实施例的操作。如图2A中所图解说明，方法200的每一循环(例如，一组框204到224)可表示捕获表示外部场景的个别图像帧。应了解，可捕获多个图像帧(例如，第一图像帧、第二图像帧等)来产生外部场景的视频。

在方法200期间，利用选择性读出来捕获具有多个曝光周期的图像帧。具体来说，第一图像帧包含长曝光周期及短曝光周期。短曝光周期的持续时间(即，短曝光持续时间)少于长曝光周期的持续时间(即，长曝光持续时间)。在一些实施例中，短曝光周期经配置以在长曝光周期之后发生。在一些实施例中，短曝光周期用于产生外部或物体场景的不可见(例如，近红外、红外或远红外)图像数据，而长曝光周期用于产生外部场景的可见(例如，红色、绿色、蓝色或者用以表示电磁光谱的可见范围的其它组合)图像数据。

框202图解说明方法200的开始或起始，其中将发生具有多个曝光持续时间的一或多个图像帧(例如，利用可见及红外图像信号来对外部场景进行成像的一或多个图像帧)的捕获。起始可响应于用户输入(例如，用户按压或以其它方式接触物理或虚拟触发器)、事件条件触发(例如，交通工具转换到倒车档、转向信号被激活)或其它而发生。

框204展示将多个光电二极管(例如，包含在图1A到1F中所图解说明的多个像素105中的多个光电二极管104)复位。多个光电二极管可响应于复位信号(例如，对于包含在图1A中所图解说明的成像系统100的多个像素105中的每一像素，如图1D中所图解说明，施加到转移晶体管TX的转移栅极112及复位晶体管RST₁的复位栅极116的脉冲)的断言而被复位。适当的信号导致电荷跨越多个光电二极管被放置，以提供预定电位(例如，图1D中所图解说明的VDD或其它适当的预定电位)并允许在长曝光周期期间累积图像电荷。可经由适当的控制线(例如，如图1E中所图解说明的RST1(n)154、RST1(n+1)160、TX(n)156及TX(n+1)162，以接通复位晶体管RST₁及转移晶体管TX)来施加复位信号。

框206图解说明开始图像帧的长曝光周期。在长曝光周期期间，响应于来自外部场景(例如，来自框204)的入射光，在多个光电二极管中累积图像电荷。所累积的图像电荷表示外部场景且具有基于入射于多个光电二极管中所包含的给定光电二极管上的光强度的量值。

框208展示通过针对多个像素(例如，图1A到1F中所图解说明的多个像素105)中所包含的每一像素将相应浮动扩散区域(例如，图1D中所图解说明的浮动扩散区域114)复位而执行图像帧(例如，第一图像帧)的第一浮动扩散复位，所述多个像素包含第一像素、第二像素、第三像素及第四像素(例如，图1C到1F中所图解说明的像素105-B、像素105-IR、像素105-R及像素105-G)。第一浮动扩散复位可通过对多个像素中所包含的每一像素的复位栅极(例如，图1D中所图解说明的复位晶体管RST₁的第一复位栅极116)进行断言或以其它方式施加脉冲而起始，这又可激活(例如，接通)源极跟随器晶体管(例如，图1D中所图解说明的源极跟随器晶体管SF₁)以允许读出多个像素中的每一像素的长曝光复位信号(例如，图1D中所图解说明的浮动扩散区域114的复位电平)。可经由适当的控制线(例如，图1E中所图解说明的RST1(n)154及RST1(n+1)160)向每一像素的复位栅极施加脉冲。因此，响应于第一浮动扩散复位并利用适当的配置(例如，施加到选择栅极118以接通选择晶体管SEL(例如，第一选择控制线SEL(n)158、第二选择控制线SEL(n+1)164以接通对应选择晶体管SEL)的选择信号)，将来自相应浮动扩散区域(例如，图1D中所图解说明的针对多个像素中所包含的每一像素的浮动扩散区域114)的长曝光复位信号读出到与所述多个像素中的每一者相关联的复位存储电容器(例如，与第一像素相关联的第一复位存储电容器、与第二像素相关联的第二复位存储电容器、与第三像素相关联的第三复位存储电容器、与第四像素相关联的第四复位存储电容器等)。在一些实施例中，复位存储电容器是包含在逻辑晶片上的像素电路系统中的存储节点的一部分(例如，包含在图1D中所图解说明的存储节点124中的复位存储电容器C_R)。在一些实施例中，通过在多个像素中所包含的每一像素的复位存储栅极(例如，图1D中所图解说明的复位存储晶体管SSW_R的复位存储栅极130)上对信号进行断言(例如，经由第一选择控制线SEL(n)158、第二选择控制线SEL(n+1)164、控制线SSW_R(n)176、控制线SSW_IR_R(n)178、控制线SSW_R(n+1)177等)而促进长曝光复位信号的读出。

框210图解说明将在图像帧(例如，第一图像帧)的长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到多个像素的相应浮动扩散区域(例如，针对第一像素(例如105-B)、第二像素(例如105-IR)、第三像素(例如105-R)、第四像素(例如105-G)等中的每一者的浮动扩散区域114，如图1C到1F中所图解说明)。在一些实施例中，对与多个像素(例如，第一像素、第二像素、第三像素、第四像素或其它中的一或多者)相关联的转移控制线信号(例如，第一转移控制线信号)进行断言(例如，施加到图1E中所图解说明的TX(n)156及TX(n+1)162)以转移在长曝光周期期间累积的第一图像电荷(例如，在第一图像帧的长曝光周期期间累积的第一图像电荷可被转移到第一像素、第二像素、第三像素、第四像素等中的一或多者的相应浮动扩散区域)。在一些实施例中，转移控制线信号对应于施加到多个像素中的每一者的转移栅极(例如，如图1D中所图解说明的转移晶体管TX的转移栅极112)的脉冲。在相同或其它实施例中，转移控制线信号被同时施加到多个像素中的每一者的转移栅极。在一些实施例中，框210的起始与正被捕获的图像帧(例如，第一图像帧)的长曝光周期的终止对应。

框212展示将长曝光图像信号从相应浮动扩散区域读出到相应存储电容器(例如，与第一像素相关联的第一存储电容器及与第二像素相关联的第二存储电容器)，所述存储电容器包含在用于多个像素中所包含的每一像素的存储节点中(例如，图1D中所图解说明的存储电容器C_S)。更具体来说，在将长曝光图像信号传送到相应浮动扩散区域(例如，图1D中所图解说明的浮动扩散区域114)时，对应源极跟随器晶体管(例如，图1D中所图解说明的源极跟随器晶体管SF₁)然后将接通且利用适当的配置(例如，施加到选择栅极118以接通选择晶体管SEL的选择信号及施加到存储栅极132以接通存储晶体管SSW_S的存储控制线信号，如图1D中所图解说明)，则表示存储在传感器晶片的相应浮动扩散区域内的电荷的量值的电荷将被存储在逻辑晶片的存储电容器中。在一些实施例中，单独的控制线信号(例如，第一存储控制线信号及第二存储控制线信号)将被断言或以其它方式同时被施加到适当的存储控制线(例如，第一存储控制线SSW_S(n)174及第二存储控制线SSW_IR_S(n)178)以接通沿着共同行(例如，如图1A到1F中所图解说明的包含第一像素105-B及第二像素105-IR的第一行)定向的不同像素的相关联存储晶体管(例如，图1D中所图解说明的存储晶体管SSW_S)。在相同或其它实施例中，个别存储线控制信号将被断言或以其它方式被施加到适当的控制线(例如，图1F中所图解说明的第三存储控制线SSW_S(n+1)175)，所述适当的控制线耦合到沿着共同行(例如，如图1A到1F中所图解说明的包含第三像素105-R及第四像素105-G的第二行)的所有像素。

框214图解说明开始图像帧的短曝光周期。在一些实施例中，短曝光周期可响应于对多个光电二极管进行复位而开始。换句话说，在框214期间，可将多个光电二极管复位(例如，以图2A中所图解说明的框204中所描述的方式)。多个光电二极管可累积表示外部场景的图像电荷且具有基于在短曝光周期期间入射于多个光电二极管中所包含的给定光电二极管上的光强度的量值。

框216展示在图像(例如，第一图像帧)的短曝光周期期间发射第一光谱的电磁辐射的脉冲。第一光谱的电磁辐射的发射与短曝光周期同步。应了解，为了减轻图像帧的短曝光周期与后续图像帧的长曝光周期之间的串扰，脉冲的脉冲持续时间少于图像帧的短曝光周期的短曝光持续时间。在一些实施例中，脉冲的脉冲持续时间是长曝光周期的持续时间的十分之一以下，这可使得能够在短曝光周期期间捕获不可见图像，而对长曝光周期期间捕获的可见图像的影响最小。短曝光周期的短曝光持续时间可基于捕获从外部场景反射的第一光谱的电磁辐射所需的时间量来配置。应了解，第一光谱的电磁辐射包含第一波长，所述第一波长可在电磁光谱的红外范围内(例如，从近红外到远红外，例如800nm到3000nm)。第一光谱的电磁辐射可由光源产生，其中光源可为图像传感器外部的组件。在短曝光周期期间，多个光电二极管响应于从外部场景中的一或多个物体反射以入射于多个光电二极管上的第一光谱的电磁辐射的脉冲而累积图像电荷，所述图像电荷可用于产生不干扰人眼的经照射图像(即，基于可见光范围之外的第一光谱的电磁辐射的脉冲的不可见图像)及/或与外部场景相关联的深度或距离信息(例如，包含在多个像素中的一或多个像素距包含在外部场景中的一或多个物体的距离或深度)。在一些实施例中，可基于短曝光周期期间累积的图像电荷而计算飞行时间信息及/或相位差信息。

框218图解说明通过针对多个像素(例如，图1A到1F中所图解说明的多个像素105)中所包含的每一像素将相应浮动扩散区域(例如，图1D中所图解说明的浮动扩散区域114)复位而执行图像帧(例如，第一图像帧)的第二浮动扩散复位，所述多个像素包含第一像素、第二像素、第三像素及第四像素(例如，图1C到1F中所图解说明的像素105-B、像素105-IR、像素105-R及像素105-G)。

与其中将每一像素的长曝光复位信号读出到相关联复位存储电容器的框208相反，在框218中，执行选择性读出以保存长曝光复位信号的与可见像素(例如，图1A中所图解说明的像素单元110的105-B、105-R及105-G)相关联的第一部分，而长曝光复位信号的与不可见像素(例如，图1A中所图解说明的像素单元110的105-IR)相关联的第二部分将被对应短曝光复位信号替换。举例来说，在图1A到1F中所图解说明的像素单元110的情形中，响应于第二浮动扩散复位，来自浮动扩散区域中的对应一者(例如，像素105-IR的浮动扩散区域114)的短曝光复位信号被读出到与第二像素相关联的第二复位存储电容器(例如，像素105-IR的复位存储电容器C_R)。这至少部分地通过以下操作来实现：向不可见像素(例如，像素105-IR)的复位存储晶体管SSW_R的复位存储栅极130施加脉冲(即，对信号进行断言)以接通不可见像素的复位存储晶体管SSW_R，同时不接通可见像素(例如，105-B、105-G及105-IR)的复位存储晶体管SSW_R。

框220展示将在图像帧(例如，第一图像帧)的短曝光周期期间累积的第二图像电荷转移到多个像素的相应浮动扩散区域(例如，用于第一像素(例如105-B)、第二像素(例如105-IR)、第三像素(例如105-R)、第四像素(例如105-G)等中的每一者的浮动扩散区域114，如图1C到1F中所图解说明)。在一些实施例中，对与多个像素(例如，第一像素、第二像素、第三像素、第四像素或其它中的一或多者)相关联的转移控制线信号(例如，第一转移控制线信号)进行断言(例如，施加到图1E中所图解说明的TX(n)156及TX(n+1)162)以转移在短曝光周期期间累积的第二图像电荷(例如，在第一图像帧的短曝光周期期间累积的第二图像电荷可被转移到第一像素、第二像素、第三像素、第四像素等中的一或多者的相应浮动扩散区域)。在一些实施例中，转移控制线信号对应于施加到多个像素中的每一者的转移栅极(例如，如图1D中所图解说明的转移晶体管TX的转移栅极112)的脉冲。在相同或其它实施例中，转移控制线信号被同时施加到多个像素中的每一者的转移栅极。在一些实施例中，框220的起始与正被捕获的图像帧(例如，第一图像帧)的短曝光周期的终止对应。

框222图解说明选择性地将短曝光图像信号从相应浮动扩散区域读出到相应存储电容器(例如，当第二像素对应于不可见像素(例如图1A中所图解说明的像素单元110的像素105-IR)时，与第二像素相关联的第二存储电容器)。更具体来说，短曝光图像信号可被读出到与每一不可见像素(例如，红外像素)相关联的存储电容器，以重写或以其它方式替换先前存储的长曝光图像信号(例如，参见框212)。相比来说，与包含在多个像素中的可见像素相关联的长曝光图像信号不被替换或以其它方式读出到包含在可见像素中的相关联存储电容器。在一些实施例中，短曝光信号的读出通过断言适当的存储控制线信号(例如，断言第二存储控制线信号而不是第一存储控制线信号，以起始将短曝光图像信号读出到第二存储电容器并替换与第一图像帧的长曝光周期相关联的先前存储信号)来实现。举例来说，在图1F的情形中，这可通过向第二存储控制线SSW_IR_S(n)178(与图1E中所图解说明的105-IR相关联)施加脉冲来实现，而不是向第一存储控制线SSW_S(n)174(与图1E中所图解说明的105-B相关联)或第三存储控制线SSW_S(n+1)175(与图1E中所图解说明的105-R及105-G相关联)施加脉冲。

框224图解说明从多个存储电容器(例如，用于多个像素中的每一者的如图1D中所图解说明的存储电容器C_S)及多个复位电容器(例如，用于多个像素中的每一者的如图1D中所图解说明的复位存储电容器C_R)中读出存储电荷信号，以产生对应于或以其它方式表示图像帧(例如，第一图像帧)的图像数据。应了解，可执行额外处理来产生图像帧(例如，去马赛克、平滑化等)。在一些实施例中，经由列电路(例如，图1A中所图解说明的列电路155)读出存储电荷信号，所述列电路可包含模/数转换器、取样与保持电路，或者以其它方式确定包含在多个像素中的每一像素的存储节点(例如，图1D中所图解说明的存储节点124)中所包含的每一电容器的状态。具体来说，对于给定像素，存储电容器存储信号电平且复位存储电容器存储复位电平，所述信号电平及所述复位电平被读出(例如，经由图1D中所图解说明的第二源极跟随器晶体管SF₂)到位线，所述位线又到达将信号电平减去复位电平转换成数字值(例如，图像数据)的列电路。举例来说，在一个实施例中，从第一存储电容器及第二存储电容器(例如，分别与图1E到1F中所图解说明的像素105-B及105-IR相关联的存储电容器C_S)读出存储电荷信号以产生图像帧(例如，第一图像帧)的图像数据的至少一部分，其基于与第一像素(例如，图1A到1F中所图解说明的像素105-B)相关联的长曝光图像信号及与第二像素(例如，图1A到1F中所图解说明的像素105-IR)相关联的短曝光图像信号中的对应一者。在同一或另一实施例中，第一图像帧的图像数据基于与第一像素相关联的长曝光图像信号中的对应一者和与第一像素相关联的长曝光复位信号中的对应一者之间的第一差，以及短曝光图像信号与短曝光复位信号之间的第二差。在一些实施例中，存储电荷信号的读出是在逐行基础上完成的，以产生图像数据，这可在下一图像帧的捕获期间发生。

如果要捕获额外图像帧，那么框226返回到框204且方法200继续捕获下一图像帧。如果不需要额外图像帧，那么框226继续进行到框228且方法200结束或以其它方式终止。

图2B图解说明根据本公开的教示的用于在图像帧的长曝光周期及短曝光周期(例如，第一图像帧227的长曝光周期225及短曝光周期227)期间经由选择性读出而捕获表示外部场景的图像帧(例如，第一图像帧221及第二图像帧223)的实例性时序图250。时序图250提供通过图2A中所图解说明的方法200从图像传感器或成像系统(例如，图1A中所图解说明的成像系统100及图1A到1F中所图解说明的相关联结构)的多个行中的实例性光电二极管曝光及读出的视觉表示。如先前实施例中所论述，多个像素包含可见(例如，红色、绿色、蓝色)及不可见(例如，红外)像素。在长曝光周期225期间，光电二极管(例如，图1D中所图解说明的PD 104-N)累积图像电荷。然后，为了结束长曝光周期，所累积的图像电荷被读出到浮动扩散区域(例如，对应于图1D中所图解说明的浮动扩散区域114)。然后，用于可见及不可见像素的所有存储开关(例如，图1D中所图解说明的存储晶体管SSW_S，针对包含在多个像素中的每一像素，经由将脉冲施加到例如图1F中所图解说明的SSW_S(n)174、SSW_IR_S(n)178及SSW_S(n+1)175等存储控制线)被接通以将长曝光图像信号读出到与多个像素中的每一像素相关联的存储电容器(例如，图1D中所图解说明的存储电容器C_S)。此后不久，短曝光周期227开始，在此期间，光源241向图像传感器所捕获的外部场景发射电磁辐射脉冲(例如，波长在800nm到3000nm之间的光)且电荷被累积在多个像素中的每一者的光电二极管中。然后，为了结束短曝光周期，所累积的图像电荷被读出到浮动扩散区域(例如，图1D中所图解说明的浮动扩散区域114)，但仅与不可见像素相关联的存储开关被激活以读出短曝光图像信号(例如，图1D中所图解说明的存储晶体管SSW_S，经由将脉冲施加到不可见像素的存储控制线，例如图1F中所图解说明的SSW_IR_S(n)178而非SSW_S(n)174)。当读出短曝光图像信号时，包含在短曝光图像信号中的每一短曝光图像信号替换长曝光图像信号中的对应一者(例如，响应于在长曝光时段225期间从入射在图像传感器上的外部场景反射的图像光而产生)。此后，下一图像帧(例如，第二图像帧223)开始且执行存储电荷信号的滚动读出231以产生第一图像帧221的图像数据。换句话说，在逐行基础上完成读出存储电荷信号以产生图像数据。

图3A及图3B分别图解说明根据本公开的教示的传感器晶片301及逻辑晶片351上的像素单元的电路系统。应了解，图3A及图3B中所图解说明的电路图未必意味着传感器晶片301及/或逻辑晶片351内或其上的元件的特定物理位置。类似于图1A到1F中所图解说明的成像系统100，传感器晶片301包含以若干行及若干列安置的多个光电二极管(例如，PD_B、PD_IR、PD_R及PD_G)以形成像素单元。图3A图解说明传感器晶片301上的像素单元的电路系统300，其包含蓝色像素(例如，与第一行中的第一像素相关联的光电二极管PD_B)、红外像素(例如，与第一行中的第二像素相关联的光电二极管PD_IR)、红色像素(例如，与第二行中的第三像素相关联的光电二极管PD_R)及绿色像素(例如，与第二行中的第四像素相关联的光电二极管PD_G)。应了解，电路系统300在许多方面类似于图1D中所图解说明的传感器晶片101的电路系统，其已被扩展以展示全像素单元。为了避免使本公开模糊，在图3A中未标记特定元件(例如，个别晶体管的栅极、源极跟随器晶体管等)。图1D中所图解说明的传感器晶片101的电路系统与图3A中所图解说明的传感器晶片301的电路系统300之间的一个差异在于，存在共享的浮动扩散区域(例如，FD_1及FD_2)。如图3A中所图解说明，不同行的像素共享共同浮动扩散区域。举例来说，分别与包含在第一行中的蓝色像素相关联的PD_B及PD_R以及与第二行相关联的红色像素均共享浮动扩散区域FD_1。类似地，分别与包含在第一行中的红外像素相关联的PD_IR及PD_G以及与第二行相关联的绿色像素均共享浮动扩散区域FD_2。图3A还图解说明控制线(例如，RST1 354及SEL 358)耦合到多个行的控制像素(例如，RST1 354可用于结合转移控制线TX(n)356及TX(n+1)362上的适当信号或脉冲来同时复位浮动扩散区域FD_1及FD_2以及光电二极管PD_B、PD_IR、PD_R及PD_G)。在其它实施例中，可为每一行及功能提供单独的控制线(例如，用于第一及第二行的第一及第二复位及选择控制线)。

现在参考图3B，图解说明用于像素单元的逻辑晶片351上或其中的像素电路系统353，其在许多方面类似于图1D中所图解说明的逻辑晶片151上或其中的像素电路系统153-N。具体来说，每一光电二极管耦合到对应存储节点(例如，存储节点324-B与包含图3A的PD_B的蓝色像素相关联，存储节点324-IR与包含图3A的PD_IR的红外像素相关联，存储节点324-R与包含图3A的PD_R的红色像素相关联，且存储节点324-G与包含图3A的PD_G的绿色像素相关联)。应了解，像素电路系统353在许多方面类似于图1D中所图解说明的逻辑晶片151的像素电路系统153-N，其已被扩展以展示全像素单元。举例来说，存在用于与可见像素(例如，第二行中的红外及蓝色像素)共享一行的不可见像素的存储节点的单独控制线，以向适当的存储节点提供选择性读出(例如，SSW_IR_S(n)378及SSW_IR_R(n)380耦合到存储节点324-IR，而SSW_S(n)374及SSW_R(n)376耦合到存储节点324-B)。相比来说，用于与仅可见像素的行(例如，第二行中的红色及绿色像素)相关联的存储节点的控制线被共享(例如，SSW_S(n+1)375及SSW_R(n+1)377耦合到存储节点324-R及存储节点324-G)。应了解，耦合到图3B中所图解说明的像素电路系统353的控制线可在功能上与图1F中所图解说明的控制线相似或以其它方式类似。换句话说，图3B的SSW_S(n)374可对应于或类似于图1F的第一存储控制线SSW_S(n)174，图3B的SSW_IR_S(n)378可对应于或类似于图1F的第二存储控制线SSW_IR_S(n)178，图3B的SSW_R(n)376可对应于或类似于图1F的第一复位存储控制线SSW_R(n)176，图3B的SSW_IR_R(n)380可对应于或类似于图1F的第二复位存储控制线SSW_IR_R(n)180，图3B的RST2(n)382可对应于或类似于图1F的控制线RST2(n)182，图3B的RS(n)384可对应于或类似于图1F的行选择控制线RS(n)184，图3B的CSW(n)386可对应于或类似于图1F的控制线CSW(n)186，图3B的CS(n)388可对应于或类似于图1F的控制线CS(n)188，图3B的SSW_S(n)374可对应于或类似于图1F的第三存储控制线SSW_S(n+1)175，且图3B的SSW_R(n+1)377可对应于或类似于图1F的第三复位存储线SSW_R(n+1)177。

图3C到3D图解说明根据本公开的教示的用于成像系统的实例性操作方法350(即，图3C上所图解说明的350-1及图3D上所图解说明的350-2)，所述成像系统能选择性读出以进行可见-红外图像捕获。方法350可由成像系统实施，所述成像系统具有跨越传感器晶片及逻辑晶片分布的像素单元电路系统，如图3A及图3B中所图解说明(例如，图3A中所图解说明的传感器晶片301及图3B中所图解说明的逻辑晶片351)。方法350包含框303、305、307、309、311、313、315、317、319、321、323、325、327、329、331及333。应了解，包含框303到333的方法350的若干个框可以任何次序且甚至并行发生。另外，根据本公开的教示，可向方法350中添加或从所述方法移除若干框。应了解，方法350表示一种用于操作成像系统的可能的实施方案，所述成像系统具有如图3A及图3B中所图解说明的跨越传感器晶片及逻辑晶片分布的像素单元电路系统(例如，图3A中所图解说明的传感器晶片301及图3B中所图解说明的逻辑晶片351)。另外，应了解，方法350不仅限于图3A到3B中所图解说明的成像系统，而是方法350可适用于控制成像系统及/或图像传感器的其它实施例的操作。如图3C及图3D中所图解说明，方法350的每一循环(例如，一组框305到329)可表示捕获表示外部场景的个别图像帧。应了解，可捕获多个图像帧(例如，第一图像帧、第二图像帧等)来产生外部场景的视频。

图3C的框303图解说明方法350的开始或起始，其中将发生具有多个曝光持续时间的一或多个图像帧的捕获(例如，利用可见及红外图像信号对外部场景进行成像的一或多个图像帧)。在一些实施例中，框303可与图2A中所图解说明的框202相似且可包含相同或类似的特征。

图3C的框305展示对多个光电二极管(例如，图3A中所图解说明的PD_B、PD_IR、PD_R及PD_G)进行复位。可响应于复位信号(例如，施加到图3A中所图解说明的RST1354、TX(n)356及TX(n+1)362控制线的脉冲)的断言而对所述多个光电二极管进行复位，以提供预定电位(例如，图3A中所图解说明的VDD或其它适当的预定电位)并允许在长曝光周期期间累积图像电荷。在一些实施例中，框305可与图2A中所图解说明的框204相似且可包含相同或类似的特征。

图3C的框307图解说明开始图像帧的长曝光周期。在长曝光周期期间，响应于多个光电二极管被复位而在多个光电二极管中累积图像电荷(例如，来自框307)。所累积的图像电荷表示外部场景且具有基于入射于多个光电二极管中所包含的给定光电二极管上的光强度的量值。在一些实施例中，框307可与图2A中所图解说明的框202相似且可包含相同或类似的特征。

图3C的框309图解说明执行图像帧(例如，第一图像帧)的浮动扩散复位以及向第一组像素的复位存储电容器的选择性读出。在共享浮动扩散区域(例如，如图3A中所图解说明由同一列中的两个邻近像素共享的每一浮动扩散区域)的情形中，第一组像素由第二组像素补充，所述第一组像素与第二组像素共同覆盖多个像素(例如，由多个像素形成的每一像素单元)。举例来说，在所图解说明实施例中，第一组像素对应于与PD_R及PD_G相关联的像素(例如，行n+1)且第二组像素对应于与PD_B及PD_IR相关联的像素(例如，行n)，所述像素共同覆盖如图3A中所图解说明的多个像素。然而，应了解，取决于多个像素的特定布局或布置，也可利用共享浮动扩散区域的不同方案(例如，PD_IR与PD_R、PD_G或PD_B中的任一者在同一行中)。

可通过对适当的控制线(例如，第一组像素的RST1 354及TX(n+1)362)进行断言或以其它方式施加脉冲而对共享浮动扩散区域(例如，图3A中所图解说明的FD_1及FD_2)进行复位。在对浮动扩散区域进行复位之后，可即刻通过对适当的控制线(例如，在第一组像素的情形中，图3A的SEL 358及图3B的SSW_R(n+1)377)进行断言或以其它方式施加脉冲而将浮动扩散区域的复位电平选择性地读出到对应复位存储电容器(例如，在第一组像素的情形中，对TX(n+1)进行断言以分别将图3A中所图解说明的FD_1及FD_2的复位电平读出到图3B中所图解说明的R_C_R及G_C_R)。

图3C的框311图解说明执行将长曝光周期期间累积的图像电荷选择性转移到第一组像素的存储电容器(例如，图3B中所图解说明的第一组像素的R_C_S及G_CS_S)。在一个实施例中，在长曝光周期期间在图3A的PD_R及PD_G中累积的图像电荷被分别转移到浮动扩散区域FD_1及FD_2(例如，通过对图3A中所图解说明的TX(n+1)362进行断言或以其它方式施加脉冲并且然后通过对适当的控制线进行断言(例如，向图3A中所图解说明的SEL 358及图3B中所图解说明的SSW_S(n+1)375施加脉冲)将表示图像电荷的长曝光图像信号读出到适当的存储电容器(例如，图3B中所图解说明的R_C_S及G_C_S))。

图3C的框313图解说明执行图像帧(例如，第一图像帧)的浮动扩散复位以及向第二组像素(例如，与图3A中所图解说明的PD_B及PD_IR相关联的像素)的复位存储电容器的选择性读出。可通过对适当的控制线(例如，第二组像素的RST1 354及TX(n)356)进行断言或以其它方式施加脉冲而对共享浮动扩散区域(例如，图3A中所图解说明的FD_1及FD_2)进行复位。在对浮动扩散区域进行复位后，可即刻通过对适当的控制线(例如，在第二组像素的情形中，图3A的SEL 358、图3B的SSW_R(n)376及SSW_IR_R(n)380)进行断言或以其它方式施加脉冲而将浮动扩散区域的复位电平选择性地读出到对应复位存储电容器(例如，在第二组像素的情形中，对TX(n)进行断言以分别将图3A中所图解说明的FD_1及FD_2的复位电平读出到图3B中所图解说明的B_C_R及IR_C_R)。

图3C的框315图解说明执行将长曝光周期期间累积的图像电荷选择性转移到第二组像素的存储电容器(例如，图3B中所图解说明的第二组像素的B_C_S及IR_C_S)。在一个实施例中，在长曝光周期期间在图3A的PD_B及PD_IR中累积的图像电荷分别被转移到浮动扩散区域FD_1及FD_2(例如，通过对图3A中所图解说明的TX(n)356进行断言或以其它方式施加脉冲并且然后通过对适当的控制线进行断言(例如，向图3A中所图解说明的SEL 358以及图3B中所图解说明的SSW_S(n)374及SSW_IR_S(n)378施加脉冲)将表示图像电荷的长曝光图像信号读出到适当的存储电容器(例如，图3B中所图解说明的B_C_S及IR_C_S))。

应了解，在一些实施例中，图3C中所图解说明的方法350的框309及313可共同地对应于图2A中所图解说明的方法200的框208，所有这些框可包含相同或类似的特征。另外，在相同或其它实施例中，图3C中所图解说明的方法350的框311及315可共同地对应于图2A中所图解说明的方法200的框210及212，所有这些框可包含相同或类似的特征。返回参考图3C，框315通过“A”继续进行到图3D上所图解说明的框317。

图3D的框317图解说明开始图像帧的短曝光周期。在一些实施例中，短曝光周期可响应于对多个光电二极管进行复位而开始。换句话说，在框317期间，可对多个光电二极管进行复位(例如，以图3C中所图解说明的框305中描述的方式)。多个光电二极管可累积表示外部场景的图像电荷且具有基于在短曝光周期期间入射于多个光电二极管中所包含的给定光电二极管上的光强度的量值。在一些实施例中，框317可与图2A中所图解说明的框214相似且可包含相同或类似的特征。

图3D的框319图解说明在图像(例如，第一图像帧)的短曝光周期期间发射第一光谱的电磁辐射的脉冲(例如，通过光源)。在一些实施例中，光源可包含在图像传感器中，而在其它实施例中，光源可被布置在图像传感器外部。应了解，为了减轻图像帧的短曝光周期与后续图像帧的长曝光周期之间的串扰，脉冲的脉冲持续时间少于图像帧的短曝光周期的短曝光持续时间。在一些实施例中，脉冲的脉冲持续时间是长曝光周期的持续时间的十分之一以下，这可使得能够在短曝光周期期间捕获不可见图像，而对长曝光周期期间捕获的可见图像的影响最小。应了解，第一光谱的电磁辐射包含第一波长，所述第一波长可在电磁光谱的红外范围内(例如，从近红外到远红外，例如800nm到3000nm)。在短曝光周期期间，所述多个光电二极管响应于从外部场景中的一或多个物体反射以入射于多个光电二极管上的第一光谱的电磁辐射的脉冲而累积图像电荷，所述图像电荷可用于产生不干扰人眼的经照射图像(例如，基于可见光谱之外的电磁辐射的不可见图像)，或者产生与外部场景相关联的深度或距离信息(例如，包含在多个像素中的一或多个像素距外部场景的距离或深度)。在一些实施例中，可基于短曝光周期期间累积的图像电荷而计算飞行时间信息及/或相位差信息。在一些实施例中，框319可与图2A中所图解说明的框216相似且可包含相同或类似的特征。

图3D的框321图解说明在未读出到第一组像素的复位存储电容器的情况下执行浮动扩散复位。换句话说，浮动扩散区域(例如，FD_1及FD_2)可被复位，但浮动扩散区域的复位电平将不被确定，因为可见像素(例如，与图3A中所图解说明的PD_R及PD_G相关联的像素)不需要短曝光复位信号，这是因为图3A到3D的所图解说明实施例利用红外像素(例如，与图3A中所图解说明的PD_IR相关联的像素)来确定短曝光图像及复位信号。浮动扩散区域的复位可通过对适当的控制线进行断言(例如，施加到图3A上所图解说明的RST1 354而非图3B中所图解说明的SSW_R(n+1)377的脉冲)来实现。

图3D的框323展示执行将在图像帧(例如，第一图像帧)的短曝光周期期间累积的图像电荷选择性转移到浮动扩散区域，而不转移到第一组像素的存储电容器(例如，图3B中所图解说明的R_C_S及G_CS_S)。类似于框321，在所图解说明实施例中，不需要第一组像素(或更具体来说，可见像素)的短曝光图像信号。可通过对适当的控制线进行断言(例如，施加到图3A上所图解说明的TX(n+1)362及RST1 354而非施加到图3B上所图解说明的SSW_S(n+1)375的脉冲)来执行选择性转移。

图3D的框325图解说明针对一或多个不可见像素(例如，与图3A中所图解说明的PD_IR相关联的像素)执行浮动扩散复位以及针对第二组像素的一或多个不可见像素执行向复位存储电容器(例如，图3B中所图解说明的IR_C_R)的选择性短曝光复位信号读出。第二组像素(每像素单元)包含可见及不可见像素，但仅对经发射电磁辐射敏感的像素(例如，对应于不可见像素的红外像素)需要短曝光图像信号。因此，将针对不可见像素获得短曝光复位及图像信号，同时维持先前获得的长曝光复位及图像信号(例如，在图3C中所图解说明的框309、311、313及315期间)。可通过对适当的控制线进行断言(例如，施加到图3A中所图解说明的RST1 354及SEL 358以及图3B中所图解说明的SSW_IR_R(n)380而非施加到图3B中所图解说明的SSW_R(n)376的脉冲)而实现浮动扩散区域的复位及短曝光复位信号读出。

图3D的框327展示针对一或多个不可见像素(例如，与图3A中所图解说明的PD_IR相关联的像素)执行将在图像帧(例如，第一图像帧)的短曝光周期期间累积的图像电荷选择性转移到浮动扩散区域以及针对一或多个不可见像素执行向存储电容器的短曝光图像信号读出。如先前所论述，期望包含在第二组像素中的不可见像素的短曝光图像信号，同时维持可见像素的长曝光图像信号。可通过对适当的控制线进行断言(例如，施加到图3A上所图解说明的TX(n)362及SEL 358以及图3B中所图解说明的SSW_IR_S(n)378而非施加到图3B上所图解说明的SSW_S(n)374的脉冲)而执行选择性转移及读出。应了解，选择性读出及复位导致与不可见像素相关联的长曝光图像信号(例如，存储在图3B中所图解说明的IR_C_S中的电荷)被相应的短曝光图像信号替换。

应了解，在一些实施例中，图3C中所图解说明的方法350的框321及325可共同地对应于图2A中所图解说明的方法200的框218，所有这些框可包含相同或类似的特征。另外，在相同或其它实施例中，图3C中所图解说明的方法350的框323及327可共同地对应于图2A中所图解说明的方法200的框220及222，所有这些框可包含相同或类似的特征。

图3D的框329图解说明通过以下操作而从多个像素中的每一者的多个存储电容器(例如，图3B中所图解说明的存储电容器R_C_S、B_C_S、G_C_S及IR_C_S)及多个像素中的每一者的多个复位电容器(例如，图3B中所图解说明的复位存储电容器R_C_R、B_C_R、G_C_R及IR_C_R)读出存储电荷信号以产生对应于或以其它方式表示图像帧(例如，第一图像帧)的图像数据：对适当的控制线进行断言(在适当时间施加到图3B的SSW_R(n+1)377、SSW_S(n+1)375、SSW_R(n)376、SSW_S(n)374、SSW_IR_R(n)380或SSW_IR_S(n)378及RS(n)384中的一或多者的脉冲)以将存储电荷信号读出到位线，所述位线又到达将信号电平减去复位电平转换成数字值(例如，图像数据)的列电路。应了解，在一些实施例中，读出存储电荷信号可在逐行基础上进行(例如，当多个光电二极管正在累积后续图像帧的图像电荷时)。在一些实施例中，框329可与图2A中所图解说明的框224相似且可包含相同或类似的特征。

如果要捕获额外图像帧，那么框331通过“B”返回到框305且方法350继续捕获下一图像帧。如果不需要额外图像帧，那么框331继续进行到框333且方法350结束或以其它方式终止。

图4图解说明根据本公开的教示的逻辑晶片451的实例性像素控制线布置400。应了解，图解说明多个像素单元410(例如，第一像素单元410-1及第二像素单元410-2)的控制线布置400可具有类似于本公开的各种实施例(例如，图1D、图3A及/或图3B中所图解说明的分布式电路系统布置)的电路系统，其可并入有本公开的各种方法(例如，图2A中所图解说明的方法200及/或图3C及图3D中所图解说明的方法350)。因此，图4中所图解说明的控制线布置400展示行n、n+1、n+2及n+3的控制线迹线，其包含SSW_R、SSW_S、SSW_IR及SSW_IR_S，具有类似于本公开实施例中所描述的类似命名的控制线的功能。控制线布置400还包含“其它”的覆盖标记，其提供对可能以其它方式存在的未明确图解说明的控制线(例如，针对其它(n)的CS(n)、CSW(n)、RS(n)及RST2(n)等)的集合表示。

如图4中所图解说明，一些行仅含有可见像素(例如，行n+1及行n+3)，而其它行含有可见及不可见像素(例如，行n及行n+2)。然而，在所图解说明实施例中，可不期望获得每一红外像素(例如，标记为IR1及IR2的像素)的短曝光图像及复位信号。举例来说，外部场景的较低分辨率的不可见图像(例如，基于红外光或其它不可见电磁辐射的图像)可为可接受的，这可释放每隔一个的红外像素(例如，IR1或IR2)以用于除了产生短曝光图像信号之外的目的。因此，在一些实施例中，IR1或IR2可用于在长曝光周期期间产生针对可见彩色像素(例如，红色、绿色及蓝色像素)的校准图像信号。举例来说，红外像素IR1(第一类型红外像素)可经配置以存储在短曝光周期期间捕获的图像信号及复位信号，以捕获所发射的不可见光而不受附近可见彩色像素(例如，红色、绿色及蓝色像素)的干扰，且红外像素IR2(第二类型红外像素)可经配置以存储在长曝光周期期间与其它可见彩色像素同时捕获的图像及复位信号以用于像素校准目的，从而减少红外像素与附近可见彩色像素之间的色彩串扰。在一些实施例中，IR1及IR2像素可在结构上相同。然而，在其它实施例中，IR1及IR2像素可取决于其既定功能而彼此不同(例如，经由彩色滤光片或其它组件)。在一个实施例中，与IR2像素相关联的彩色滤光片可阻挡或以其它方式衰减可见光以产生参考信号，所述参考信号可从与附近可见像素相关联的长曝光图像信号中减去(例如，以减轻影响长曝光图像信号的周围红外光的影响)。在其它实施例中，IR2像素的彩色滤光片可阻挡所有光以产生要从长曝光图像信号中减去的黑色参考信号。

应了解，在所图解说明实施例中，红外像素IR1及IR2不同地耦合到控制线(例如，SSW_R(n)、SSW_S(n)、SSW_IR_S(n)等)，这在逐行基础上不必相同(例如，行n的控制线的连接不必与行n+1的控制线的连接相同)。举例来说，对于给定行中的像素(例如，行n，其包含传感器晶片的两个蓝色(B)像素、IR1像素及IR2像素，其中第一B像素与IR2邻近且第二B像素与IR1及IR2邻近)，控制线以特定方式耦合到像素的像素电路系统。像素中的每一者可包含对应存储电容器、复位存储电容器、存储栅极、存储晶体管、复位存储栅极、复位存储晶体管等，如根据图1D所图解说明，这意味着对于图4中所图解说明的给定行，每一像素具有对应像素电路系统(例如，行n中的至少四个存储电容器、行n中的至少四个存储栅极等)。在图1D的上下文中返回参考图4，存储控制线SSW_S(n)耦合到行n中的蓝色像素及行n中的IR1像素的存储栅极，但不耦合到行n的IR2像素的存储栅极。用于读出行n中的IR2像素的单独控制线(例如，经由SSW_IR_S(n))允许相对于行n中的蓝色像素及IR1像素选择性地存储图像信号。这同样适用于复位操作(例如，经由SSW_R及SSW_IR_R)。另外，应了解，在所图解说明实施例中，IR1及IR2像素的连接是交替的。举例来说，在行n+2中，IR1定位于与行n中的IR2相同的列中。进一步应了解，在一些实施例中，为了行读出的方便性，IR1及IR2像素可在像素阵列中在行基础上交替地安置。举例来说，共享控制线(例如，经由SSW_R(n)及SSW_S(n)用于第一可见彩色像素及第一不可见彩色像素的同时读出及复位)的一或多个第一可见彩色像素(例如，红色、绿色、蓝色或其它色彩)及第一不可见像素(例如，第一红外或IR1像素)被布置在第一共同行中，而可彼此独立地被读出及复位的一或多个第二可见彩色像素(例如，红色、绿色、蓝色或其它色彩)及第二不可见像素(例如，第二红外或IR2像素)(例如，单独的控制线(例如SSW_IR_R(n)及SSW_IR_S(n))将IR2像素独立于第二可见彩色像素来读出及复位)被布置在第二共同行中，其中第一共同行与第二共同行在像素阵列中交替地布置。

因此，在所图解说明实施例中，通常存在两种类型的邻近像素对连接。包含可彼此独立地被读出及复位的可见(例如，红色、绿色、蓝色或其它色彩)及不可见像素(例如，红外)(即，单独的控制线(例如SSW_IR_R(n)及SSW_IR_S(n))将行n的IR2独立于行n的B及IR1像素来读出及复位)的沿着共同行的第一对像素，以及包含不能彼此独立地被读出及复位的可见(例如，红色、绿色、蓝色或其它色彩)及不可见像素(例如，红外)(即，共享控制线(例如SSW_R(n)及SSW_S(n))同时将行n的B像素及IR1像素读出及复位)的沿着共同行的第二对像素。然后可如关于图2A、图3C及/或图3D所论述而实现操作。举例来说，在具有短曝光周期及长曝光周期的图像帧中，可存储短曝光周期期间的图像电荷(例如，经由与IR2相关联的控制线)，同时还存储图像帧的长曝光周期期间的图像电荷(例如，与R、G、B及IR1像素相关联的控制线)。

在一个实施例中，操作包含将在第一图像帧的长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到第一、第二、第三及第四像素的相应浮动扩散区域，将长曝光图像信号从相应浮动扩散区域读出到相应存储电容器(例如，分别与第一、第二、第三及第四像素相关联的第一、第二、第三及第四存储电容器)，以及从第一存储电容器、第二存储电容器、第三存储电容器及第四存储电容器读出存储电荷信号以产生第一图像帧的图像数据，使得所述图像数据基于与第一像素、第三像素及第四像素(例如，红色、绿色、蓝色及/或IR1像素)相关联的长曝光图像信号以及与第二像素(例如，IR2像素)相关联的短曝光图像信号中的对应一者。这可通过以下操作而实现：在第一图像帧的长曝光周期之后对第一存储控制线信号、第二存储控制线信号及第三存储控制线信号进行断言以起始读出长曝光图像信号，且对第二存储控制线信号而非第一存储控制线信号及第三存储控制线进行断言以起始将短曝光图像信号读出到第二存储电容器并替换与第一图像帧的长曝光周期相关联的先前存储信号。当第一、第三及第四像素跨越多于一个行进行分布时，第一存储控制线信号可被施加到SSW_S(n)，第二存储控制线信号可被施加到SSW_IR_S(n)，且第三存储控制线信号被施加到SSW_S(n+1)或者与行n不同的行上的某一其它SSW_S控制线。

图5A图解说明根据本公开的教示的用于成像系统的多个像素中所包含的个别像素505-N的实例性像素电路550。更具体来说，图5A中所图解说明的像素电路550至少跨越传感器晶片501及逻辑晶片551分布，其中像素505-N的电路系统位于传感器晶片501上且像素电路系统553-N位于逻辑晶片551上。像素电路550在许多方面类似于图1D中所图解说明的像素电路150。因此，图5A的像素电路550包含相似标记的元件(例如，VDD、RST₁、FD、TX、PD、SF₁、SEL、RST₂、CSW、CS、RS、SF₂、CSW、CS及位线)，其可以类似方式操作或以其它方式包含如关于图1D所描述的相同特征。换句话说，像素电路550可为图1A中所图解说明的成像系统100的一种可能的实施方案。因此，像素电路550可在本公开的各种实施例中实施。

图1D的像素电路150与图5A的像素电路550之间的一个差异在于，像素505-N的像素电路系统553-N包含一组至少四个电容器(例如，C_RL、C_SL、C_RS、C_SS)。换句话说，替代每一像素仅具有一个存储节点(如图1D的像素电路150中所图解说明)，像素电路550中的每一像素包含至少两个存储节点以使用多个曝光周期来捕获图像帧(例如，长曝光节点524-L及短曝光节点524-S)。因此，包含在多个像素中的第一像素(例如，像素电路550的第一实例)包含各自与第一像素相关联的第一组四个电容器，包含第一存储电容器(例如，C_SL或C_SS的第一实例)，且包含在多个像素中的第二像素(例如，像素电路550的第二实例)包含各自与第二像素相关联的第二组四个电容器，包含第二存储电容器(例如，C_SL或C_SS的第二实例)。在一些实施例中，每像素的存储节点的数量匹配每图像帧的曝光周期的数量(例如，短曝光周期的短曝光存储节点524-S，及长曝光周期的长曝光节点524-L)，这对于特定像素布局可为有利的。举例来说，在一个实施例中，每一像素单元可由可见像素(例如，红色像素、蓝色像素及两个绿色像素)形成。在相同或其它实施例中，可见像素中的一或多者的彩色滤光片可准许足够的红外光透射，使得仍可捕获与所发射的红外光相关联的短曝光图像信号。

图5B图解说明根据本公开的教示的图5A中所图解说明的成像系统的传感器晶片501的实例性像素控制线布置552。图5B中所图解说明的像素控制线布置552类似于图1E中所图解说明的像素控制线布置152且可包含相同或类似的特征。一个差异在于个别像素单元的像素布局。像素单元包含可基于拜耳(Bayer)图案布置的红色像素(例如，标记为R的像素)、蓝色像素(例如，标记为B的像素)及两个绿色像素(例如，标记为G1及G2的像素)，而不包含红外像素。换句话说，对于给定像素单元，邻近像素是不同的可见彩色像素(例如，G1及R是不同的可见彩色像素，G2及B是不同的可见彩色像素等)。应了解，根据本公开的实施例，控制线(例如，RST1、TX及SEL)可分别用于将脉冲施加到所述像素的经耦合电路元件(例如，图5B的SEL控制线可操作以控制图5A中所图解说明的SEL晶体管)。在相同或其它实施例中，邻近行(例如，行n及行n+1)的控制线可关于轴线568对称。

图5C图解说明根据本公开的教示的图5A中所图解说明的逻辑晶片551的实例性像素控制线布置572。图5B中所图解说明的像素控制线布置572类似于图1F中所图解说明的像素控制线布置172且可包含相同或类似的特征。一个差异在于，替代具有虚设控制线(例如，图1F中所图解说明的控制线SSW_IR_S(n+1)179及SSW_IR_R(n+1)181)，存在耦合到多个存储节点中的每一者中所包含的每一电容器的个别控制线(例如，图5C的SSW_R(n)_LONG、SSW(S(n)_LONG、SSW_R(n)_SHORT及SSW_S(n)_SHORT分别耦合到图5A中所图解说明的电容器C_RL、C_SL、C_RS及C_SS)，以产生每一曝光周期(例如，长曝光周期及短曝光周期)的图像及复位信号而不必替换先前存储的任何信号(例如，可获得短曝光图像及复位信号而无需替换长曝光图像及复位信号)。由于每一像素的电容器(例如，共同包含在长曝光存储节点524-L及短曝光存储节点524-S中的一组四个电容器)是在逐行基础上(例如，行n、行n+1等等)被控制的，因此每一存储控制线(例如，对应于SSW_S(n)_LONG或SSW_S(n)_SHORT的第一存储控制线)耦合到多个晶体管栅极(例如，对于给定行中的每一像素，与图5A中所图解说明的SSW_SL或SSW_SS晶体管相关联的栅极)。

图5C的逻辑晶片551的控制线布置572在许多方面也类似于图1F的控制线布置172。举例来说，与邻近行(例如，行n及行n+1)相关联的逻辑晶片551的控制线可关于轴线595对称。在相同或其它实施例中，控制线经定位以维持逻辑晶片551的控制线对称性，使得控制线SSW_S(n)_LONG与控制线SSW_S(n)_SHORT之间的第一分隔距离591等于控制线SSW_S(n+1)_LONG与控制线SSW_S(n+1)_SHORT之间的第二分隔距离593。

应了解，控制如图5A到5C中所图解说明的具有像素单元电路系统、布局及控制线布置的成像系统的操作与图2A中所图解说明的方法200的操作类似。一个差异在于，替代执行选择性读出(例如，框218到222)，还存储或以其它方式读出每一像素的短曝光图像及复位信号，使得每一像素的图像信号包含短曝光图像信号及长曝光图像信号两者且复位信号包含短曝光复位信号及长曝光复位信号两者。

图5D说明根据本公开的教示的用于在图像帧的长曝光周期及短曝光周期(例如，第一图像帧581的长曝光周期5811及短曝光周期5813)期间经由选择性读出而捕获表示外部场景的图像帧(例如，第一图像帧581及第二图像帧583)的实例性时序图580。短曝光周期具有少于长曝光周期的持续时间。时序图580提供了来自图像传感器或成像系统(例如，图1A中所图解说明的成像系统100及图5A到5C中所图解说明的相关联结构)的多个行的实例性光电二极管曝光及读出的视觉表示。如先前实施例中所论述，多个像素包含可见彩色像素(例如，如图5B及图5C中所展示的彩色滤光片布置所指示的红色、绿色、蓝色)。在长曝光周期5811之前，经由向对应复位控制线RST1及转移控制线TX施加脉冲而对每一可见彩色像素的光电二极管(例如，图5A中所图解说明的PD)及浮动扩散区域(例如，图5A中所图解说明的对应浮动扩散区域FD)进行复位。在长曝光周期5811期间，包含在可见像素中的每一者中的光电二极管(例如，图5A中所图解说明的PD)累积图像电荷。然后，为了结束长曝光周期，经由向对应复位控制线RST1施加脉冲而对浮动扩散区域进行复位，其中经由向相应复位存储控制线(例如，如图5C中所图解说明的SSW_R(n)_LONG及SSW_R(n+1)_LONG)施加脉冲而将复位信号读出到与长曝光相关联的复位存储电容器C_RL(如图5A中所图解说明)，以接通包含在多个像素中的每一像素的复位存储晶体管SSW_RL，从而将复位信号读出到与多个像素中的每一者相关联的复位存储电容器(例如，图5A中所图解说明的复位存储电容器C_RL)。此后，所累积的图像电荷被读出到浮动扩散区域(例如，图5A中所图解说明的对应浮动扩散区域FD)。然后，对于包含在多个像素中的每一像素，通过向存储控制线(例如，如图5C中所图解说明的SSW_S(n)_LONG及SSW_S(n+1)_LONG)施加脉冲，存储晶体管(例如，与图5A中所图解说明的长曝光相关联的存储晶体管SSW_SL)被接通以将长曝光图像信号读出到与多个像素中的每一者相关联的图像存储电容器(例如，图5A中所图解说明的存储电容器C_SL)。此后不久，短曝光周期5813开始，在此期间，光源241向图像传感器捕获的外部场景发射电磁辐射脉冲(例如，波长在800nm到3000nm之间的光，或者以其它方式对应于不可见光或电磁辐射的光)，且电荷被累积在多个像素中的每一者的光电二极管中。然后，为了结束短曝光周期，浮动扩散区域(例如，图5A中所图解说明的浮动扩散区域FD)被复位，其中经由向对应复位存储控制线(例如，如图5C中所图解说明的SSW_R(n)_SHORT及SSW_R(n+1)_SHORT)施加脉冲而将复位信号读出到与图5A中所图解说明的短曝光相关联的复位存储电容器C_RS，从而接通包含在多个像素中的每一像素的存储晶体管SSW_RS以将复位信号读出到与多个像素中的每一者相关联的复位存储电容器(例如，图5A中所图解说明的复位存储电容器C_RS)。此后，所累积的图像电荷被读出到浮动扩散区域(例如，图5A中所图解说明的浮动扩散区域FD)，每一像素中包含的与短曝光相关联的存储晶体管经激活以读出短曝光图像信号(例如，图5A中所图解说明的存储晶体管SSW_SS，经由向例如如图5C中所图解说明的SSW_S(n)_SHORT等存储控制线施加脉冲)。之后，下一图像帧(例如，第二图像帧583)开始且执行存储电荷信号的滚动读出以产生第一图像帧581的图像数据。换句话说，在逐行基础上完成读出存储电荷信号以产生图像数据。

图6是根据本公开的教示的能选择性读出以进行可见-红外图像捕获的成像系统600的功能框图。成像系统600是可实施图2A中所图解说明的方法250、图3A及图3B中所图解说明的方法350及/或图5B中所图解说明的方法550的一种可能的系统。因此，应了解，根据本公开的教示，成像系统600可具有对应于或以其它方式类似于图1A到1F中所图解说明的成像系统100、图1D、图3A、图3B、图5A中所图解说明的电路系统、图1E、图1F、图3A、图3B、图4、图5B、图5C中所图解说明的控制线布置或者其组合。如所图解说明，成像系统600包含耦合到逻辑晶片651的传感器晶片601、光学器件615、光源617及光学器件619。传感器晶片601包含半导体材料631(例如，硅或晶片)、多个光电二极管633、多个彩色滤光片635(例如，布置在多个光电二极管633上以形成一或多个像素单元的红色、绿色、蓝色、红外或其它彩色滤光片)以及多个微透镜637，所述多个微透镜经布置以将入射光698的部分聚焦在多个光电二极管633中所包含的个别光电二极管上。光源617光学耦合到光学器件619(例如，一或多个光学组件，例如一或多个透镜、滤光片或其它元件)且可操作以向外部场景603发射第一光谱的电磁辐射(例如，包含波长在800nm与3000nm之间的第一波长的红外光)，所述第一光谱的电磁辐射然后可被反射为入射光698(例如，在短曝光周期期间)。

逻辑晶片651至少部分地用作控制器610，所述控制器包含用以控制成像系统600的各种组件的操作(例如，在图像及/或视频获取的前、后及原位阶段期间)的逻辑及/或电路系统。控制器610可实施为硬件逻辑(例如，专用集成电路系统、现场可编程门阵列、系统单芯片等)、在通用微控制器或微处理器上执行的软件/固件逻辑，或者硬件与软件/固件逻辑的组合。在一个实施例中，控制器610包含耦合到存储器614的处理器612，所述存储器存储由控制器610或以其它方式由成像系统600的一或多个组件执行的指令。指令在被执行时可致使成像系统600执行可与成像系统600的各种功能模块、逻辑块或电路系统(包含控制电路系统616、读出电路系统618、功能逻辑620、传感器晶片601的部件、光学器件615(例如，具有可被调整以提供可变焦点的一或多个光学组件的物镜)以及成像系统600的任何其它元件(被图解说明或以其它方式)中的任一者或其组合)相关联的操作。

存储器614是非暂时性机器可存取(例如，计算机可读)媒体，其可包含但不限于可由控制器610存取/读取的易失性(例如，RAM)或非易失性(例如，ROM)存储系统。在一些实施例中，能够存取非暂时性机器可存取媒体的机器对应于成像系统600，包含耦合到传感器晶片601的逻辑晶片651。在相同或其它实施例中，非暂时性机器可存取存储媒体对应于机器(例如，成像系统600或其组件)的芯片上存储器(例如，存储器614及/或功能逻辑620)，以经由选择性读出来捕获可见-红外图像。

控制电路系统616可控制成像系统600的操作特性(例如，曝光持续时间、何时捕获数字图像或视频等)。控制电路系统616可进一步根据由多个光电二极管633形成的像素单元的成像操作来控制光源617的操作。读出电路系统618对来自个别光电二极管的模拟信号进行读取或以其它方式进行取样(例如，读出由多个光电二极管633中的每一者产生的表示响应于入射光而产生的图像电荷的电信号以产生相位检测信号、读出图像信号来捕获图像帧或视频等)且可包含放大电路系统、模/数(ADC)电路系统、图像缓冲器或其它。在所图解说明实施例中，读出电路系统618包含在控制器610中，但在其它实施例中，读出电路系统618可与控制器610分离。功能逻辑680耦合到读出电路系统618以接收电信号，从而作为响应产生相位检测信号、响应于接收到图像信号或数据而产生图像等等。在一些实施例中，电信号或图像信号可分别存储为相位检测信号或图像数据且可由功能逻辑420操纵以执行操作(例如，计算预期的图像信号、对图像信号进行分级、对图像数据进行去马赛克、应用后期图像效果，例如裁剪、旋转、去除红眼、调整亮度、调整对比度、检测遮挡的存在或其它)。

应了解，本文中所论述的成像系统(例如，图1A到1F中所图解说明的成像系统100及图6中所图解说明的成像系统600)可通过所属领域的技术人员已知的半导体装置处理及微制作技术来制作。在一个实施例中，成像系统600的制作可包含提供半导体材料(例如，具有前侧及后侧的硅晶片)、经由光刻而在半导体材料的前侧上形成掩模或模板(例如，由固化的光致抗蚀剂形成)以提供半导体材料的前侧的多个经曝光区域、对半导体材料的经曝光部分进行掺杂(例如，经由离子植入、化学气相沉积、物理气相沉积等)以形成从半导体材料的前侧延伸到半导体材料中的多个光电二极管635、移除掩模或模板(例如，通过用溶剂溶解固化的光致抗蚀剂)，以及对半导体材料的前侧进行平坦化(例如，经由化学机械平坦化或抛光)。在同一或另一实施例中，光刻可类似地用于形成多个彩色滤光片635及多个微透镜637(例如，个别或共享的微透镜，其可为具有由主模具或模板形成的目标形状及大小的基于聚合物的微透镜)。应了解，所描述的技术仅仅是演示性的而不是穷尽性的，且可利用其它技术来制作本公开的各种实施例的一或多个组件。

上文所解释的过程可使用软件及/或硬件来实施。所描述的技术可构成在有形或非暂时性机器(例如，计算机)可读存储媒体内体现的机器可执行指令，当由机器(例如，图6的控制器610)执行时，所述机器可执行指令将致使机器执行所描述的操作。另外，所述过程可在硬件内体现，例如专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它。

有形机器可读存储媒体包含以可由机器(例如，计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、具有一组一或多个处理器的任何装置等)可存取的非暂时性形式提供(即，存储)信息的任何机制。举例来说，机器可读存储媒体包含可记录/不可记录媒体(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储媒体、光学存储媒体、快闪存储器装置等)。

包含摘要中描述的内容的对本发明的所图解说明实例的以上描述并不打算为穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然出于说明性目的，在本文中描述了本发明的特定实例，但所属领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内，各种修改是可能的。

鉴于以上详细描述，可对本发明进行这些修改。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中公开的特定实例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书来确定，所述权利要求书将根据所创建的权利要求解释原则来加以理解。

Claims

1.一种操作成像系统的方法，所述方法包括：

将在第一图像帧的长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到第一像素及第二像素的相应浮动扩散区域；

将长曝光图像信号从所述相应浮动扩散区域读出到与所述第一像素相关联的第一存储电容器及与所述第二像素相关联的第二存储电容器；

将在所述第一图像帧的短曝光周期期间累积的第二图像电荷转移到所述第一像素及所述第二像素的所述相应浮动扩散区域；

将短曝光图像信号从所述浮动扩散区域中的对应一者读出到所述第二存储电容器；及

从所述第一存储电容器及所述第二存储电容器读出存储电荷信号以产生所述第一图像帧的图像数据，其中所述图像数据基于与所述第一像素相关联的所述长曝光图像信号及与所述第二像素相关联的所述短曝光图像信号中的对应一者。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

对第一存储控制线信号及第二存储控制线信号两者进行断言以起始所述将所述第一图像帧的与所述第一像素及所述第二像素相关联的所述长曝光图像信号读出到所述第一存储电容器及所述第二存储电容器；及

对所述第二存储控制线信号而非所述第一存储控制线信号进行断言以起始所述将与所述第二像素相关联的所述短曝光图像信号读出到所述第二存储电容器，并替换先前存储在所述第二存储电容器中的与所述第一图像帧的所述长曝光周期相关联的存储信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：

对与所述第一像素及所述第二像素两者相关联的第一转移控制线信号进行断言以用于所述转移在所述第一图像帧的所述长曝光周期期间累积的所述第一图像电荷；及

对与所述第一像素及所述第二像素两者相关联的所述第一转移控制线信号进行断言以用于所述转移在所述第一图像帧的所述短曝光周期期间累积的所述第二图像电荷。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

在所述第一图像帧的所述短曝光周期期间发射第一光谱的电磁辐射的脉冲，其中所述脉冲的脉冲持续时间少于所述短曝光周期的短曝光持续时间，且其中所述短曝光持续时间少于所述长曝光周期的长曝光持续时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一光谱的电磁辐射包含第一波长，且其中所述第二像素比所述第一像素对所述第一波长更敏感。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述脉冲持续时间是所述长曝光持续时间的十分之一以下。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

通过在所述转移所述第一图像电荷之前对所述第一像素及所述第二像素的所述相应浮动扩散区域进行复位而执行所述第一图像帧的第一浮动扩散复位；

响应于所述第一浮动扩散复位，将长曝光复位信号从所述相应浮动扩散区域读出到与所述第一像素相关联的第一复位存储电容器及与所述第二像素相关联的第二复位存储电容器；

通过在所述转移所述第二图像电荷之前对所述第一像素及所述第二像素的所述相应浮动扩散区域进行复位而执行所述第一图像帧的第二浮动扩散复位；及

响应于所述第二浮动扩散复位，将短曝光复位信号从所述浮动扩散区域中的所述对应一者读出到与所述第二像素相关联的所述第二复位存储电容器。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一图像帧的所述图像数据基于：

与所述第一像素相关联的所述长曝光图像信号中的所述对应一者和与所述第一像素相关联的所述长曝光复位信号中的对应一者之间的第一差；及

所述短曝光图像信号与所述短曝光复位信号之间的第二差。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像系统包含以若干行及若干列布置的多个像素，包含所述第一像素及所述第二像素，且其中在逐行基础上完成读出所述存储电荷信号以产生所述图像数据。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述读出所述短曝光图像信号替换所述长曝光图像信号中与所述第二存储电容器相关联的对应一个长曝光图像信号。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一像素是可见彩色像素且所述第二像素是与所述可见彩色像素邻近的红外像素。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像系统包含以若干行及若干列布置的多个像素，包含所述第一像素及所述第二像素，且其中所述第一像素与所述第二像素彼此邻近且定位于所述行中所包含的第一行中。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像系统的所述多个像素进一步包含共享所述第一像素或所述第二像素的所述相应浮动扩散区域中的一者的第三像素。

14.一种成像系统，其包括：

图像传感器，其包含以若干行及若干列布置的多个像素，其中所述多个像素包含各自定位于所述行中所包含的第一行内的第一像素及第二像素；

控制器，其耦合到所述图像传感器，所述控制器包含存储指令的逻辑，当由所述控制器执行时，所述指令致使所述成像系统执行包括以下各项的操作：

将在第一图像帧的长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到所述第一像素及所述第二像素的相应浮动扩散区域；

15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述逻辑包含额外指令，当由所述控制器执行时，所述额外指令致使所述成像系统执行包括以下各项的其它操作：

在所述第一图像帧的所述长曝光周期之后对第一存储控制线信号及第二存储控制线信号两者进行断言以起始所述读出所述长曝光图像信号；及

对所述第二存储控制线信号而非所述第一存储控制线信号进行断言以起始所述将所述短曝光图像信号读出到所述第二存储电容器，并替换与所述第一图像帧的所述长曝光周期相关联的先前存储信号。

16.根据权利要求15所述的成像系统，其中所述逻辑包含额外指令，当由所述控制器执行时，所述额外指令致使所述成像系统执行包括以下各项的其它操作：

17.根据权利要求14所述的成像系统，其进一步包括：

光源，其经配置以发射至少包含第一波长的第一光谱的电磁辐射，且

其中所述逻辑包含额外指令，当由所述控制器执行时，所述额外指令致使所述成像系统执行包含以下各项的其它操作：

在所述第一图像帧的所述短曝光周期期间从所述光源发射所述第一光谱的电磁辐射的脉冲，其中所述脉冲的脉冲持续时间少于所述短曝光周期的短曝光持续时间，且其中所述短曝光持续时间少于所述长曝光周期的长曝光持续时间。

18.根据权利要求17所述的成像系统，其中所述第一光谱的电磁辐射包含第一波长，且其中所述第二像素比所述第一像素对所述第一波长更敏感。

19.根据权利要求17所述的成像系统，其中所述脉冲持续时间是所述长曝光持续时间的十分之一以下。

20.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述逻辑包含额外指令，当由所述控制器执行时，所述额外指令致使所述成像系统执行包括以下各项的其它操作：

在所述第一浮动扩散复位之后，将长曝光复位信号从所述相应浮动扩散区域读出到与所述第一像素相关联的第一复位存储电容器及与所述第二像素相关联的第二复位存储电容器；

在所述第二浮动扩散复位之后，将短曝光复位信号从所述浮动扩散区域中的所述对应一者读出到与所述第二像素相关联的所述第二复位存储电容器。

21.根据权利要求14所述的成像系统，其中在逐行基础上完成读出所述存储电荷信号以产生所述图像数据，其中所述第二像素是红外像素，且其中所述第一像素是与所述第二像素邻近的可见彩色像素。

22.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述多个像素进一步包含第三像素及第四像素，其中所述第一像素及所述第三像素是可见彩色像素，且所述第二像素及所述第四像素是不可见像素，其中所述第二像素与所述第一像素邻近，且所述第四像素与所述第三像素邻近，

其中所述逻辑包含额外指令，当由所述控制器执行时，所述额外指令致使所述成像系统执行包括以下各项的其它操作：

将在所述第一图像帧的所述长曝光周期期间累积的第一图像电荷转移到所述第三像素及所述第四像素的相应浮动扩散区域；

将长曝光图像信号从所述相应浮动扩散区域读出到与所述第三像素相关联的第三存储电容器及与所述第四像素相关联的第四存储电容器；及

从所述第一存储电容器、所述第二存储电容器、所述第三存储电容器及所述第四存储电容器读出存储电荷信号以产生所述第一图像帧的图像数据，其中所述图像数据基于与所述第一像素、所述第三像素及所述第四像素相关联的所述长曝光图像信号以及与所述第二像素相关联的所述短曝光图像信号中的对应一者。

23.根据权利要求22所述的成像系统，其中所述逻辑包含额外指令，当由所述控制器执行时，所述额外指令致使所述成像系统执行包括以下各项的其它操作：

在所述第一图像帧的所述长曝光周期之后对第一存储控制线信号、第二存储控制线信号及第三存储控制线信号进行断言，以起始所述读出所述长曝光图像信号；及

对所述第二存储控制线信号而非所述第一存储控制线信号及所述第三存储控制线进行断言，以起始所述将所述短曝光图像信号读出到所述第二存储电容器并替换与所述第一图像帧的所述长曝光周期相关联的先前存储信号。