CN206759610U - 像素、图像传感器和成像系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及像素、图像传感器和成像系统。各种实施方案可包括具有像素阵列的成像系统和图像传感器。每个像素可包括能够在积分期间存储像素信号的多个存储区。所述图像传感器和所述成像系统可在积分时间段和读出时间段两者期间利用浮动扩散区作为存储区。所述图像传感器和所述成像系统可将对应于第一曝光时间段的像素信号存储在所述浮动扩散区并且将对应于第二曝光时间段的像素信号存储在分开的存储区中。

Description

像素、图像传感器和成像系统
技术领域
本实用新型涉及成像领域，更具体地涉及多存储像素图像传感器和成像系统。
背景技术
多存储节点像素在高动态范围(HDR)成像中可能是有益的，而高动态范围(HDR)成像可包括重叠曝光成像技术。在重叠曝光HDR成像中，在同一时间段内利用图像传感器捕获曝光时间段不同的多个图像，随后把图像组合成高动态范围图像。
为了实现HDR成像而在不同时间捕获的图像可能会导致移动物体的图像失真。以重叠方式捕获图像时，由于多次图像捕获接收同一时间的相同运动，减少了失真。
卷帘快门架构也导致移动物体的图像失真，因为图像是按顺序逐行的方式捕获的。因此，为了使与卷帘快门电路相关联的运动失真最小，可优选地使用全局快门设计，因为全局快门成像器中的所有像素同时积聚光。
能够进行相关双采样的常规全局快门像素具有至少一个光敏元件以及专用像素内存储区和浮动扩散区。像素的工作方式如下：在积分后把电荷传输到存储区，在读出之前重置浮动扩散区，然后从存储区把电荷读出至浮动扩散区进行采样。因此，仅在读出时间段期间利用浮动扩散区。
利用用到由多个存储区形成的像素的全局快门设计来创建HDR图像导致像素较大；对于给定像素大小，使光电二极管的面积减小，从而使灵敏度下降。
实用新型内容
根据一个实施方案，一种像素，其响应于用于发送控制信号的处理电路，所述像素包括：响应于光的光敏元件；第一转移门，其耦接到所述光敏元件，其中所述第一转移门在积分时间段期间选择性地将所述光敏元件耦接到浮动扩散区，并且响应于第一控制信号，在第一曝光时间段之后将第一电荷从所述光敏元件转移到所述浮动扩散区；其中所述浮动扩散区在所述积分时间段期间存储所述第一电荷；以及第二转移门，其耦接到所述光敏元件，其中所述第二转移门在积分时间段期间选择性地将所述光敏元件耦接到存储区，并且响应于第二控制信号，在第二曝光时间段之后将第二电荷从所述光敏元件转移到所述存储区；其中所述存储区在所述积分时间段期间存储所述第二电荷。
根据上述像素的一个实施例，还包括：第三转移门，其将所述存储区耦接到所述浮动扩散区；以及重置门，其将所述浮动扩散区耦接到电压源。
根据上述像素的一个实施例，其中所述浮动扩散区和所述存储区各自存储具有相应曝光时间段的多个电荷，从而导致所述存储区存储具有第二总曝光时间段的电荷，并且所述浮动扩散区存储具有第一总曝光时间段的电荷；其中所述第二总曝光时间段比所述第一总曝光时间段长。
根据上述像素的一个实施例，其中，在读出时间段期间，从所述浮动扩散区读出所述第一电荷，借助重置信号重置所述浮动扩散区，并且在所述浮动扩散区的重置之后从所述存储区读出所述第二电荷。
根据另一个实施方案，一种图像传感器，包括：光敏元件，其中在积分时间段期间：所述光敏元件在第一曝光时间段期间产生第一电荷部分；并且所述光敏元件在第二曝光时间段期间产生第二电荷部分；第一转移门，其被配置为将所述第一电荷部分从所述光敏元件转移到浮动扩散区；以及第二转移门，其被配置为将所述第二电荷部分从所述光敏元件转移到存储区。
根据上述图像传感器的一个实施例，其中，所述第二曝光时间段比所述第一曝光时间段长。
根据上述图像传感器的一个实施例，其中：所述浮动扩散区包括二极管；并且所述存储区包括二极管。
根据另一个实施方案，一种成像系统，包括：控制单元，其中所述控制单元发送控制信号；以及像素阵列，其通信地耦接到所述控制单元，包括成行成列排列的多个像素，其中每个像素包括：响应于光的光敏元件；第一转移门，其耦接到所述光敏元件并响应于第一控制信号，其中所述第一转移门在第一曝光时间段之后将第一电荷从所述光敏元件转移到浮动扩散区；第二转移门，其耦接到所述光敏元件并响应于第二控制信号，其中所述第二转移门在第二曝光时间段之后将第二电荷从所述光敏元件转移到存储区；重置门，其响应于第三控制信号，其中所述重置门在所述第二电荷的转移之前重置所述浮动扩散区；以及第三转移门，其耦接在所述存储区和所述浮动扩散区之间并响应于第四控制信号，其中所述第三转移门将所述第二电荷从所述存储区转移到所述浮动扩散区。
根据上述成像系统的一个实施例，其中所述控制单元协调所述多个像素以便同时进行积分。
根据上述成像系统的一个实施例，其中所述浮动扩散区和所述存储区各自存储具有相应曝光时间段的多个电荷，从而导致所述存储区存储具有第二总曝光时间段的电荷，并且所述浮动扩散区存储具有第一总曝光时间段的电荷；其中所述第二总曝光时间段比所述第一总曝光时间段长。
附图说明
当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本实用新型技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。
图1代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的多存储像素；
图2代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的时序图；
图3代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器；
图4代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的成像系统。
具体实施方式
可描述本实用新型技术的功能块组件和各种加工步骤方面。这样的功能块可通过被构造成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的组件实现。例如，本实用新型技术可采用可执行多种功能的各种半导体器件，诸如开关、电容器、光电传感器等等。此外，本实用新型技术可结合任何数量的成像系统来实施，并且所述设备和方法的实施方案仅仅是本实用新型技术的示例性应用。此外，本实用新型技术可采用任何数量的常规图像数据捕获技术、图像数据采样技术、图像数据读出技术等。
根据本实用新型技术的各个方面的用于多存储节点像素100(图1)成像系统的方法和设备可结合任何合适的成像系统(诸如相机系统、视频系统、机器视觉、车辆导航、监视系统、运动检测系统、图像稳定系统等)使用。例如，参考图4，成像系统可包括电子设备，诸如数字照相机400。成像系统可包括通过总线410与各种设备通信的中央处理单元(CPU)405。连接到总线410的一些设备可提供进出系统的通信，例如输入/输出(I/O)设备415。连接到总线410的其他设备提供存储器，例如，随机存取存储器(RAM)420、硬盘驱动器以及一个或多个外围存储器设备425(诸如软盘驱动器、光盘(CD)驱动器、USB驱动器、存储卡和SD卡)。虽然总线410被示为单条总线，但可使用任何数量的总线来提供通信路径以使设备互连。
成像系统还可包括用于捕获图像数据的成像传感器。例如，光可通过镜头430进入相机，照在图像传感器上。图像传感器可例如通过(在波穿过物体或被物体反射时)将波的可变衰减转换成电子信号来检测并传送构成图像的信息。图像传感器可结合任何合适的技术来实施，诸如使用半导体电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或N型金属氧化物半导体(NMOS)中的有源像素传感器、模拟传感器和/或平板检测器。
参考图3，示例性图像传感器300可包括像素阵列305，该像素阵列包括成行成列排列的多个多存储像素100(图1)。像素100可借助金属布线或其他合适的连接件进行电连接。图像传感器300可使用任何合适的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和/或制造工艺用硅形成。
在各种实施方案中，图像传感器300还可包括处理电路310。处理电路310可经由通信总线315耦接到像素阵列305，其中通信总线315可在像素阵列305和处理电路310之间发送和接收信号，诸如控制信号和数据信号。处理电路310可包括用于发送控制信号的控制单元(未示出)。处理电路310还可包括用于同步发送控制信号的时钟机制。处理电路310可通过以逐行方式访问的控制线来读取像素信号。在各种实施方案中，处理电路310可形成在与像素阵列305相同的芯片上。
图像传感器300的每个多存储像素100对图像的一部分进行采样并生成相应的信号。参考图1，在本实用新型技术的示例性实施方案中，多存储像素100可包括光敏元件105、存储节点110和浮动扩散节点115。在本实用新型的实施方案中，光敏元件105用于将光转换成电荷，并且可包括光电二极管、光栅或响应于光的其他半导体器件。在各种实施方案中，光敏元件105可包括能够在耗尽电压下完全耗尽的钉扎光电二极管。
浮动扩散节点115(也称为“浮动扩散区”或“FD节点”)选择性地存储电荷。在本实用新型的实施方案中，浮动扩散节点115可用作感测节点，并且可用适于存储电荷的任何设备或结构(诸如二极管或电容器)形成。在各种实施方案中，浮动扩散区115可被屏蔽，防止有光射入。
存储节点110(也称为“存储区”)选择性地存储电荷。在本实用新型的实施方案中，存储节点110可包括被传入电荷并存储电荷的掺杂区。存储节点110可用适于存储电荷的任何设备或结构(例如，钉扎二极管或存储门)形成。在各种实施方案中，存储区110可被屏蔽，防止有光射入。
光敏元件105可经由第一转移门120选择性地耦接到浮动扩散节点115。在示例性实施方案中，第一转移门120可包括开关，诸如具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管，其中栅极端子可用作控制端子，而源极端子和漏极端子用于承载电流或转移电荷。例如，第一转移门120的栅极端子可从处理电路310(图3)接收第一控制信号TX1。在其他实施方案中，第一转移门120可包括用于提供电流或电荷转移的任何其他合适的设备。
浮动扩散节点115也可例如经由诸如重置门135的开关选择性地耦接到电压源VAA。在本实用新型的实施方案中，重置门135可包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管，其中栅极端子可用作控制端子，而源极端子和漏极端子在重置门135被激活时承载电流。例如，重置门135的栅极端子可从处理电路310(图3)接收控制信号RST。
光敏元件105可经由诸如第二转移门125的另一开关选择性地耦接到存储节点110。在本实用新型的实施方案中，第二转移门125可包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管，其中栅极端子可用作控制端子，而源极端子和漏极端子承载电流或转移电荷。例如，第二转移门125的栅极端子可从处理电路310(图3)接收第二控制信号TX2。在其他实施方案中，第二转移门125可包括用于控制电流或电荷转移的任何其他合适的设备。
存储节点110可经由诸如第三转移门130的开关选择性地耦接到浮动扩散节点115。在本实用新型的实施方案中，第三转移门130可包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管，其中栅极端子可用作控制端子，而源极端子和漏极端子承载电流或转移电荷。例如，第三转移门130的栅极端子可从处理电路310(图3)接收第三控制信号TX3。在其他实施方案中，第三转移门130可包括用于提供电流或电荷转移的任何其他合适的设备。
像素100还可包括放大器140和行选择门150。放大器140放大光敏元件105生成的信号。例如，在本实用新型的实施方案中，放大器140可包括源极跟随器电路，该电路包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管。栅极端子可接收与光敏元件产生的电荷相对应的信号，并提供相应的放大信号。
行选择门150选择性地将像素100连接到输出。可选择图像传感器300中的每一行，然后例如使用列选择信号读出。针对行中每个像素的行选择门150可被启用，以使该行启用。在本实用新型的实施方案中，行选择门可包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管。栅极端子可用作控制端子，而源极端子和漏极端子承载电流。行选择门150的栅极端子可从处理电路310(图3)接收控制信号RS。在示例性实施方案中，放大器140的源极端子可耦接到行选择门150的漏极端子。
现在参考图1和图2，在操作200中，图像传感器300(图3)可结合全局重置时间段205、积分时间段210和读出时间段215来操作。在示例性实施方案中，图像传感器300可按不同曝光时间段捕获多个信号。
在示例性实施方案中，在全局重置时间段205期间，第一转移门120、第二转移门125和第三转移门130以及重置门135同时启用。例如，控制信号TX1、TX2、TX3和RST同时切换到高电压值。将具有高电压值的控制信号发送到第一转移门120、第二转移门125和第三转移门130，重置门135重置光敏元件105。在预先确定的时间段过后，例如可借助低电压控制信号使第一转移门120、第二转移门125和第三转移门130以及重置门135停用。在示例性实施方案中，像素阵列305(图3)中的所有像素100都接收相同的控制信号并同时重置。
在重置时间段205结束之后，开始全局积分时间段210。在积分期间，光敏元件105吸收光并将光转换成电荷。在示例性实施方案中，光敏元件105中产生的电荷被转移到存储节点110和浮动扩散节点115两者。可通过在不同时间将信号脉动成高选择性使控制信号TX1和TX2生效来控制存储节点110和浮动扩散节点115之间的电荷转移，其中用于控制信号TX1和TX2的脉冲不重叠。例如，控制信号TX1和TX2不同时启用第一转移门120和第二转移门125。而是在任何给定时间仅启用第一转移门120和第二转移门125中的一个。在示例性实施方案中，积分时间段中可包括一次或多次曝光。
在通常测得的单位为微秒(μs)的第一曝光时间段T1之后，可例如借助高电压值控制信号TX1启用第一转移门120，从而允许光敏元件105中聚积的电荷转移到浮动扩散节点115。可诸如借助低电压值控制信号TX1停用第一转移门120，从而停止向浮动扩散节点115转移电荷。在测得单位为微秒(μs)的第二曝光时间段T2之后，高电压值控制信号TX2启用第二转移门125，从而允许光敏区域105中聚积的电荷转移到存储节点110。低电压值控制信号TX2停止向存储节点110转移电荷。向浮动扩散节点115和存储节点110的电荷转移可以以任何顺序开始。例如，在积分时间段210的开头，电荷可转移并存储在浮动扩散节点115和存储节点110中的任一个中。这样，第二曝光时间段T2可在时间上比第一曝光时间段T1早发生。
在示例性实施方案中，在积分时间段210期间，控制信号TX1和TX2可多次生效，使得转移到浮动扩散节点115的电荷累加。同样地，转移到存储区110的电荷累加(合并)。控制信号TX1和TX2的操作可由处理电路310(图3)控制，并且可循环地操作，使得电荷从光敏元件105转移到浮动扩散节点115，然后在另一个曝光时间段之后电荷立即从光敏元件105转移到存储区110。在其他实施方案中，电荷可不以循环方式转移，而可以以任何合适的模式转移。例如，电荷可以以任何合适的次数连续地转移到存储区110；同样，电荷也可以以任何合适的次数连续地转移到浮动扩散节点115。
在示例性实施方案中，在积分时间段包括多个曝光时间段T1i、T2i的情况下，转移到存储区110的电荷可聚积并累加。同样地，转移到浮动扩散节点115的电荷也可聚积并累加。具有相应的曝光时间段T1i、T2i的多个电荷向存储区110和浮动扩散节点115中的每一个的转移，可导致具有不同的总曝光时间T1总计、T2总计的电荷聚积。
在示例性实施方案中，第一曝光时间段T1可比第二曝光时间段T2短。可使用长曝光时间段来捕获场景的低照度部分，而使用短曝光时间段来捕获场景的明亮部分。例如，在第一曝光时间段T1之后转移到浮动扩散节点115的电荷捕获明亮的场景(即，高照度信号)，并且在第二曝光时间段T2之后转移到存储节点110的电荷捕获低照度场景(即低照度信号)，其中T2大于T1。这样，在存储节点110中聚积的电荷的总曝光时间可比在浮动扩散节点115中聚积的电荷的总曝光时间长。总曝光时间可通过以下
等式描述，其中n和m是曝光次数的上限，i是每次曝光的索引编号。
在各种实施方案中，n可以等于m，n可以大于m，或者n可以小于m。可选择曝光次数n、m的上限，以适应特定应用。此外，任何一个积分时间段210期间的曝光时间段T1i、T2i的时长都可以不同，例如，T11可以是50μs(微秒)，而T110可以是400μs。
图像传感器的动态范围可被定义为第二曝光时间段T2的总和与第一曝光时间段T1的总和的比(即T2总计/T1总计)。在操作期间可通过增加和/或减少曝光时间段T1i、T2i中的任一个的时长，来调整动态范围。可实时跟踪总曝光时间T1总计、T2总计，使得可在积分时间段210期间计算累积总计并将其发送到控制单元，其中控制单元可调节任何后续曝光时间段T1i、T2i的持续时间。
控制信号TX1、TX2的脉动可用占空比表示，其中占空比被定义为信号被脉动为高Th用以启用转移门120、125的时间长度除以重置时间段内的总时间量Tc。在各种实施方案中，曝光时间段T1i、T2i可以是预先确定的，而在其他实施方案中，曝光时间段T1i、T2i可以变化，从而导致占空比不同。例如，施加到控制信号TX1和TX2的电压值的占空比和频率可与飞行时间应用的脉动光源同步。施加到控制信号TX1和TX2的电压值的占空比和频率也可用于减轻诸如LED(发光二极管)的调幅光源。
一旦积分时间段210结束，读出时间段215就开始。在示例性实施方案中，像素信号被以逐行为基础读出。向行选择控制信号RS施加高电压值，并且在示例性实施方案中，行选择控制信号RS在针对每行的读出时间段215的持续时间内保持高电压值。向行选择控制信号RS施加高电压值允许经由通信线路155从像素100读出浮动扩散节点115中聚积的电荷作为聚积电荷量成比例的电压。读出过程产生包括相应电压的第一像素信号。由于在读出之前无法测量浮动扩散重置电压，所以第一像素信号可能无法被相关双采样。然而，第一像素信号可被双采样，一次是在重置门135被启用220之前，一次是使用重置225后的电压电平。
在行选择控制信号RS保持高电压值的同时，重置控制信号RST启用重置门135并重置浮动扩散节点115。此时在225，浮动扩散重置电平可被采样并用于第一像素信号的双采样，并用于第二像素信号的相关双采样。
一旦浮动扩散节点115被重置并且重置电平被采样，存储节点110中聚积的电荷就可以被读出。例如，借助控制信号TX3启用第三转移门130允许电荷从存储节点110通过浮动扩散节点115转移，并且可借助通信线路155访问所得的像素100的电压。读出过程产生包括相应电压的第二像素信号。在各种实施方案中，如上所述，从存储节点110读出的第二像素信号可被相关双采样以减少噪声，因为浮动扩散节点115上的电压可被测量两次，一次是在重置状况225下(在启用第三转移门130之前)，一次是在把电荷从存储节点110转移到浮动扩散节点115之后230。
在从浮动扩散节点115和存储节点110读出两个像素信号之后，行选择控制信号施加低电压值以结束读出时间段215。可再次开始新的全局重置时间段205。
在示例性实施方案中，在读出时间段215完成之后，可以组合像素信号(即，使用长曝光的一次捕获和使用短曝光的一次捕获)，以利用图像信号处理器(未示出)产生高动态范围图像。在各种实施方案中，图像信号处理器还可执行颜色处理和色调映射操作，例如去马赛克、白平衡和颜色校正。
图2和图3中像素阵列305被描述为以全局快门模式操作的实施方案仅仅是例示性的。如果需要，具有用于在全局快门模式下操作的处理电路310的像素阵列305可以以卷帘快门模式操作。具体的操作模式取决于控制信号TX1、TX2、TX3、RST和RS的时序和操作。例如，在卷帘快门模式中，控制每个像素100的积分时间段210、读出时间段215和重置时间段205的信号将以逐行方式按顺序操作。
此外，术语“第一”和“第二”并不意味着时间上的特定顺序，而是用于区分不同的元素、事件、状况等等。例如，第二曝光时间段T2可在时间上比第一曝光时间段T1早发生。
根据一个实施方案，一种响应于用于发送控制信号的处理电路的像素阵列，包括：多个像素，其中每个像素包括：光敏元件，其响应于光；第一转移门，其耦接到光敏元件，其中第一转移门在积分时间段期间选择性地将光敏元件耦接到浮动扩散区，并且响应于第一控制信号，在第一曝光时间段之后将第一电荷从光敏元件转移到浮动扩散区；其中浮动扩散区在积分时间段期间存储第一电荷；以及第二转移门，其耦接到光敏元件，其中第二转移门在积分时间段期间将光敏元件选择性地耦接到存储区，并且响应于第二控制信号，在第二曝光时间段之后将第二电荷从光敏元件转移到存储区；其中存储区在积分时间段期间存储第二电荷。
根据一个实施方案，浮动扩散区包括二极管。
根据一个实施方案，浮动扩散区包括电容器。
根据一个实施方案，存储区包括二极管。
根据一个实施方案，像素阵列还包括将存储区耦接到浮动扩散区的第三转移门，第三转移门用于将第二电荷从存储区转移到浮动扩散区。
根据一个实施方案，像素阵列还包括将浮动扩散区耦接到电压源的重置门。
根据一个实施方案，浮动扩散区和存储区各自存储具有相应曝光时间段的多个电荷，从而导致存储区存储具有第二总曝光时间段的总电荷，并且浮动扩散区存储具有第一总曝光时间段的总电荷。
根据一个实施方案，第二总曝光时间段比第一总曝光时间段长。
根据一个实施方案，在读出时间段期间，从浮动扩散区读出第一电荷，借助重置信号重置浮动扩散区，并且在浮动扩散区重置后从存储区读出第二电荷。
根据一个操作，一种用于在成像设备中存储电荷的方法包括：在积分时间段期间：在第一曝光时间段期间用光敏元件产生第一电荷；经由第一转移门将第一电荷从光敏元件转移到浮动扩散区；在第二曝光时间段期间用光敏元件产生第二电荷；以及经由第二转移门将第二电荷从光敏元件转移到存储节点。
根据一个操作，第二曝光时间段比第一曝光时间段长。
根据一个操作，第一曝光时间段和第二曝光时间段与脉动光源同步。
根据一个操作，该方法还包括循环地产生和转移第一电荷和第二电荷，其中第一电荷聚积并累加，形成第一聚积电荷，而第二电荷聚积并累加，形成第二聚积电荷。
根据一个操作，该方法还包括计算第二聚积电荷与第一聚积电荷的比率。
根据一个操作，基于所计算的比率来延长第一曝光时间段和第二曝光时间段。
根据一个操作，该方法还包括经由行选择门从浮动扩散区读出第一聚积电荷。
根据一个操作，该方法还包括通过借助重置门施加重置信号来重置浮动扩散区。
根据一个操作，该方法还包括经由第三转移门从存储节点读出第二聚积电荷，其中电荷穿过浮动扩散区。
根据一个实施方案，一种成像系统包括：控制单元，其中控制单元发送控制信号；以及像素阵列，其通信地耦接到控制单元，包括成行成列排列的多个像素，其中每个像素包括：光敏元件，其响应于光；第一转移门，其耦接到光敏元件并响应于第一控制信号，其中第一转移门在第一曝光时间段之后将第一电荷从光敏元件转移到浮动扩散区；第二转移门，其耦接到光敏元件并响应于第二控制信号，其中第二转移门在第二曝光时间段之后将第二电荷从光敏元件转移到存储区；重置门，其响应于第三控制信号，其中重置门在第二电荷转移之前重置浮动扩散区；以及第三转移门，其耦接在存储区和浮动扩散区之间并响应于第四控制信号，其中第三转移门将第二电荷从存储区转移到浮动扩散区。
根据一个实施方案，控制单元协调多个像素，以同时进行积分。
根据一个实施方案，浮动扩散区和存储区各自存储具有相应曝光时间段的多个电荷，导致存储区存储具有第二总曝光时间段的总电荷，并且浮动扩散区存储具有第一总曝光时间段的总电荷；其中第二总曝光时间段比第一总曝光时间段长。
根据一个实施方案，一种图像传感器包括：光敏元件，其中在积分时间段期间：光敏元件在第一曝光时间段期间产生第一电荷；并且光敏元件在第二曝光时间段期间产生第二电荷；第一转移门，其被配置为将第一电荷从光敏元件转移到浮动扩散区；以及第二转移门，其被配置为将第二电荷从光敏元件转移到存储区。
根据一个实施方案，第二曝光时间段比第一曝光时间段长。
根据一个实施方案，浮动扩散区包括二极管；并且存储区包括二极管。
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了所述技术。所示和所述特定具体实施方式用于展示所述技术及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本实用新型技术的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其他功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中会存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。
虽然参照具体的示例性实施方案描述了本技术，但在不脱离本实用新型技术范围的情况下可以进行各种修改和更改。以例证性而非限制性方式考虑说明书和附图，并且所有此类修改旨在包括在本实用新型技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体例子确定所述技术的范围。例如，除非另外明确说明，否则可以任何顺序执行任何方法或工艺实施例中列举的步骤，并且不限于具体例子中提供的明确顺序。另外，任何设备实施方案中列举的组件和/或元件可以多种排列组装或者以其他方式进行操作配置，以产生与本实用新型技术基本上相同的结果，因此不限于具体例子中阐述的具体配置。
上文已经针对具体实施方案描述了有益效果、其他优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使任何具体有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素都不应被解释为关键、所需或必要特征或组成部分。
术语“包含”、“包括”或其任何变型形式旨在提及非排他性的包括，使得包括一系列要素的工艺、方法、制品、组合物或设备不仅仅包括这些列举的要素，而且还可包括未明确列出的或此类工艺、方法、制品、组合物或设备固有的其他要素。除了未具体引用的那些，本实用新型技术的实施所用的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料或组件的其他组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其他方式特别适于具体环境、制造说明、设计参数或其他操作要求。
上文已结合示例性实施方案描述了本实用新型技术。然而，可在不脱离本实用新型技术的范围的情况下对示例性实施方案作出变化和修改。这些和其他变化或修改旨在包括在本实用新型技术的范围内，如以下权利要求所述。

Claims (10)

1.一种像素，其响应于用于发送控制信号的处理电路，所述像素包括：
响应于光的光敏元件；
第一转移门，其耦接到所述光敏元件，其中所述第一转移门在积分时间段期间选择性地将所述光敏元件耦接到浮动扩散区，并且响应于第一控制信号，在第一曝光时间段之后将第一电荷从所述光敏元件转移到所述浮动扩散区；其中所述浮动扩散区在所述积分时间段期间存储所述第一电荷；以及
第二转移门，其耦接到所述光敏元件，其中所述第二转移门在积分时间段期间选择性地将所述光敏元件耦接到存储区，并且响应于第二控制信号，在第二曝光时间段之后将第二电荷从所述光敏元件转移到所述存储区；其中所述存储区在所述积分时间段期间存储所述第二电荷。
2.根据权利要求1所述的像素，还包括：
第三转移门，其将所述存储区耦接到所述浮动扩散区；以及
重置门，其将所述浮动扩散区耦接到电压源。
3.根据权利要求1所述的像素，其中所述浮动扩散区和所述存储区各自存储具有相应曝光时间段的多个电荷，从而导致所述存储区存储具有第二总曝光时间段的电荷，并且所述浮动扩散区存储具有第一总曝光时间段的电荷；其中所述第二总曝光时间段比所述第一总曝光时间段长。
4.根据权利要求1所述的像素，其中，在读出时间段期间，从所述浮动扩散区读出所述第一电荷，借助重置信号重置所述浮动扩散区，并且在所述浮动扩散区的重置之后从所述存储区读出所述第二电荷。
5.一种图像传感器，包括：
光敏元件，其中在积分时间段期间：
所述光敏元件在第一曝光时间段期间产生第一电荷部分；
并且
所述光敏元件在第二曝光时间段期间产生第二电荷部分；
第一转移门，其被配置为将所述第一电荷部分从所述光敏元件转移到浮动扩散区；以及
第二转移门，其被配置为将所述第二电荷部分从所述光敏元件转移到存储区。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述第二曝光时间段比所述第一曝光时间段长。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中：
所述浮动扩散区包括二极管；并且
所述存储区包括二极管。
8.一种成像系统，包括：
控制单元，其中所述控制单元发送控制信号；以及
像素阵列，其通信地耦接到所述控制单元，包括成行成列排列的多个像素，其中每个像素包括：
响应于光的光敏元件；
第一转移门，其耦接到所述光敏元件并响应于第一控制信号，其中所述第一转移门在第一曝光时间段之后将第一电荷从所述光敏元件转移到浮动扩散区；
第二转移门，其耦接到所述光敏元件并响应于第二控制信号，其中所述第二转移门在第二曝光时间段之后将第二电荷从所述光敏元件转移到存储区；
重置门，其响应于第三控制信号，其中所述重置门在所述第二电荷的转移之前重置所述浮动扩散区；以及
第三转移门，其耦接在所述存储区和所述浮动扩散区之间并响应于第四控制信号，其中所述第三转移门将所述第二电荷从所述存储区转移到所述浮动扩散区。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述控制单元协调所述多个像素以便同时进行积分。
10.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述浮动扩散区和所述存储区各自存储具有相应曝光时间段的多个电荷，从而导致所述存储区存储具有第二总曝光时间段的电荷，并且所述浮动扩散区存储具有第一总曝光时间段的电荷；其中所述第二总曝光时间段比所述第一总曝光时间段长。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112075072A (zh) * 2018-09-14 2020-12-11 松下知识产权经营株式会社 摄像装置及摄像方法
CN112291493A (zh) * 2019-07-22 2021-01-29 半导体元件工业有限责任公司 用于生成高动态范围图像的成像系统和方法
CN114882853A (zh) * 2022-04-18 2022-08-09 深圳锐视智芯科技有限公司 曝光时间调整方法、装置、调节设备及存储介质

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018152696A (ja) * 2017-03-13 2018-09-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、その駆動方法および電子機器
US11075234B2 (en) * 2018-04-02 2021-07-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Multiplexed exposure sensor for HDR imaging
US20210112212A1 (en) * 2019-10-10 2021-04-15 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels having programmable dynamic range
US11196937B2 (en) * 2019-11-25 2021-12-07 Qualcomm Incorporated High frame rate in high dynamic range processing

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7551059B2 (en) * 2005-01-06 2009-06-23 Goodrich Corporation Hybrid infrared detector array and CMOS readout integrated circuit with improved dynamic range
US7948535B2 (en) * 2007-11-30 2011-05-24 International Business Machines Corporation High dynamic range imaging cell with electronic shutter extensions
US8674282B2 (en) * 2011-03-25 2014-03-18 Aptina Imaging Corporation Pumped pinned photodiode pixel array
KR101241471B1 (ko) * 2011-04-11 2013-03-11 엘지이노텍 주식회사 픽셀, 픽셀 어레이, 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서 및 이미지센서의 구동방법
US20130027596A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Chung Chun Wan Color imaging using time-multiplexed light sources and monochrome image sensors with multi-storage-node pixels
US9118883B2 (en) * 2011-11-28 2015-08-25 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range imaging with multi-storage pixels
US9478579B2 (en) * 2012-10-16 2016-10-25 Omnivision Technologies, Inc. Stacked chip image sensor with light-sensitive circuit elements on the bottom chip
US9305949B2 (en) * 2013-11-01 2016-04-05 Omnivision Technologies, Inc. Big-small pixel scheme for image sensors
KR20160015712A (ko) * 2014-07-31 2016-02-15 삼성전자주식회사 이미지 촬상 장치 및 방법
US9332200B1 (en) * 2014-12-05 2016-05-03 Qualcomm Incorporated Pixel readout architecture for full well capacity extension
US9502457B2 (en) * 2015-01-29 2016-11-22 Semiconductor Components Industries, Llc Global shutter image sensor pixels having centralized charge storage regions
US9456159B1 (en) * 2015-09-23 2016-09-27 Semiconductor Components Industries, Llc Pixels with an active reset circuit in CMOS image sensors
US11297258B2 (en) * 2015-10-01 2022-04-05 Qualcomm Incorporated High dynamic range solid state image sensor and camera system
US10033947B2 (en) * 2015-11-04 2018-07-24 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-port image pixels

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112075072A (zh) * 2018-09-14 2020-12-11 松下知识产权经营株式会社 摄像装置及摄像方法
CN112291493A (zh) * 2019-07-22 2021-01-29 半导体元件工业有限责任公司 用于生成高动态范围图像的成像系统和方法
CN112291493B (zh) * 2019-07-22 2023-10-03 半导体元件工业有限责任公司 用于生成高动态范围图像的成像系统和方法
CN114882853A (zh) * 2022-04-18 2022-08-09 深圳锐视智芯科技有限公司 曝光时间调整方法、装置、调节设备及存储介质

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