TW201826513A - 對於每像素具有雙浮動擴散之ｃｍｏｓ影像感測器以用於發光二極體之無閃爍偵測 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示具有減少或消除由高強度照明誘發之閃爍之像素之影像感測器之設備及方法。一例示性影像感測器可包含一光電二極體、一轉移閘極、一抗溢出閘極及第一及第二源極隨耦器電晶體。該光電二極體可擷取光且作為回應產生電荷，且該光電二極體可具有一電荷容量。該轉移閘極可將電荷選擇性地轉移至一第一浮動擴散，且當該產生之電荷大於該光電二極體電荷容量時，該抗溢出閘極可將過量電荷選擇性地轉移至一第二浮動擴散。該第一源極隨耦器電晶體可藉由一閘極直接耦合至該第一浮動擴散，該第一源極隨耦器回應於一第一列選擇電晶體之啟用選擇性地輸出一第一信號至一第一位元線，且該第二源極隨耦器電晶體可電容耦合至該第二浮動擴散，該第二源極隨耦器回應於一第二列選擇電晶體之啟用選擇性地輸出一第二信號至一第二位元線。

Description

對於每像素具有雙浮動擴散之ＣＭＯＳ影像感測器以用於發光二極體之無閃爍偵測
本發明大體涉及影像感測器，且特定言之但非排他性地涉及具有像素之影像感測器，該等像素用於在該影像感測器未誘發閃爍的情況下偵測高強度光源。
高速影像感測器已廣泛用於不同領域(包含汽車領域、機器視覺領域及專業視訊攝影領域)中之許多應用中。此等領域中之一些應用需要偵測及擷取LED光，此被證明係有困難的。例如，汽車影像感測器面臨LED閃爍的問題。未來汽車車燈、交通燈及標誌將包含具有高峰值光強度之在90至300 Hz下脈衝化之LED。此要求將最小曝光時間保持在10 ms內。因此，需要一非常高之全阱容量或非常低之光強度來避免像素飽和及失去有用的資訊。 解決有用資訊自飽和像素溢流及丟失的當前解決方案包含使用一側向溢流整合電容器(LOFIC)增強全阱容量。當光電二極體在達到一對應FWC之後充滿時，過量之電荷洩漏至一浮動汲極中。連接至浮動汲極之一大電容器接著可儲存過量之電荷。然而，最大全阱容量因此受浮動汲極電容器而非光電二極體全阱容量限制。其它解決方案涉及使用非線性感測器(例如，對數感測器)來擴大全阱容量，或使用分離二極體像素或子像素感測器來藉由最小化小光電二極體之靈敏度而維持最小曝光時間。
本文中描述具有減少或消除由高強度照明引起之閃爍之像素之一影像感測器之一設備及方法之實例。在下列描述中，陳述數種特定細節以提供對實例之通透理解。然而，熟習相關技術者將認識到，可在無一或多個特定細節的情況下實踐或使用其他方法、組件、材料等等來實踐本文描述之技術。在其他例項中，未詳細展示或描述熟知之結構、材料或操作以避免使特定態樣模糊。 貫穿本說明書，對「一個實例」或「一個實施例」之參考意謂，結合實例描述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一個實例中。因此，整個此說明書各種位置中出現之片語「在一個實例中」或「在一個實施例中」並不一定皆係指相同實例。此外，特定特徵、結構或特性可在一或多個實例中以任何適當方式組合。 貫穿本說明書，使用若干技術術語。此等術語具有其等所出自之技術中之一般含義，除非本文中明確定義或其等使用之背景內容另有清楚表明。應注意，在整個此文件中可互換使用元件名稱及符號(例如，Si對矽)；然而，二者具有相同含義。 圖1係繪示根據本發明之一實施例之在無閃爍的情況下偵測高強度照明之一例示性成像系統100之一方塊圖。成像系統100可為一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)影像感測器。如在圖1所繪示之實施例中所展示，成像系統100包含耦合至控制電路108及讀出電路106之像素陣列102，讀出電路106耦合至功能邏輯112。 像素陣列102之所繪示實施例係成像感測器或像素單元104 (例如，像素單元P1、P2……Pn)之一二維(2D)陣列。在一個實例中，各像素單元為一CMOS成像像素。如繪示，各像素單元經配置於一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)中以獲得一人員、地點或物件等之影像資料，其可接著用於呈現人員、地點或物件等之一影像。在一些實施例中，各像素單元104 (例如，像素單元P1、P2……Pn)可包含複數個子像素，其等分別包含複數個光電二極體及複數個相關聯之轉移閘極電晶體及抗溢出閘極電晶體。 在一個實例中，在各像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，影像資料透過讀出行位元線110藉由讀出電路106讀出且接著轉移至功能邏輯112。在一些實施例中，每個像素可存在兩個位元線110。在各種實例中，讀出電路106可包含放大電路(未繪示)、包含類比轉數位轉換(ADC)電路之一行讀出電路或其他。在每個像素具有兩個位元線110之實施例中，讀出電路106可組合兩個位元線110上提供之影像電荷且將影像電荷聚集至影像資料中。功能邏輯112可僅儲存影像資料或甚至藉由施加後影像效應(例如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱影像資料。在一個實例中，讀出電路106可沿著讀出行線一次讀出一列影像資料(已繪示)或可使用各種其他技術(未繪示)讀出影像資料，諸如一串列讀出或同時全部並列讀出所有像素。 在一個實例中，控制電路108經耦合至像素陣列102以控制像素陣列102之操作特性。例如，控制電路108可產生用於控制影像獲取之一快門信號。在一個實例中，快門信號係用於同時啟用像素陣列102內之所有像素以在一單一獲取窗期間同時擷取其等各自影像資料之一全域快門信號。在另一實例中，快門信號係一捲動快門信號，使得在連續獲取窗期間循序啟用像素之各列、行或群組。快門信號亦可建立一曝光時間，其為快門保持打開之時間長度。在一項實施例中，曝光時間經設定為針對圖框之各者係相同的。 在另一實例中，控制電路108可包括水平及垂直掃描電路，其選擇待被讀出之像素之列及/或行。掃描電路可包含選擇電路(例如，多工器)等來沿著讀出行位元線109一次讀出一列或一行影像資料或可使用各種其他技術(例如，串列讀出所有像素或同時全部並列讀出所有像素)讀出影像資料。當掃描電路選擇像素陣行102中之像素104時，像素將入射至像素之光轉換為一信號且將信號輸出至行讀出電路106。行讀出電路106可自掃描電路或自像素陣行102接收信號。 圖2係根據本發明之一實施例之用於減少歸因於高照明之閃爍之一像素204之一繪示性示意圖。像素204可為像素陣行102之一像素104之一實例。像素204之所繪示實施例包含一光電二極體(PD) 214、一轉移閘極(TX) 216、一抗溢出閘極(AB) 218、第一及第二重設電晶體(RST1及RST2) 220及222、第一及第二浮動擴散(FD1及FD2) 224及226、第一及第二源極隨耦器電晶體(SF1及SF2) 228及232，及第一及第二列選擇電晶體(RS1及RS2) 230及234。像素204可在一整合期間曝露於影像光且作為回應產生影像電荷。當影像電荷之一源係一高照明源時(其有時可為一點源(例如一發光二極體(LED)))，藉由光電二極體214產生之電荷可能大於光電二極體214之一全阱容量。在此等例項期間，過量電荷(例如，大於光電二極體214之全阱容量之所產生之電荷)可歸因於抗溢出閘極218之洩漏性質而溢出至第二浮動擴散中。 第一及第二浮動擴散224、226可分別透過不同機構耦合至第一及第二源極隨耦器電晶體228、232。例如，第一浮動擴散224可直接耦合至第一源極隨耦器電晶體228之一閘極端子，而第二浮動擴散226可電容耦合至第二源極隨耦器電晶體232之一閘極。可由與第一浮動擴散224進行之金屬至半導體接觸形成直接連接。電容器250可提供第二浮動擴散226與第二源極隨耦器232之間的電容耦合。 在一些實施例中，電容器250可為一金屬氧化物半導體電容器。在此一實施例中，電容器250之半導體側可經耦合至第二浮動擴散226，且電容器250之金屬側可經耦合至第二源極隨耦器電晶體232之閘極。第二浮動擴散226至第二源極隨耦器電晶體232之電容耦合可減少歸因於缺乏與第二浮動擴散226之一直接金屬連接之第二浮動擴散226中之暗電流生成。 第一及第二重設電晶體220、222可經耦合以在第一及第二重設電晶體220、222之閘極接收之一重設信號之控制下重設(例如，分別將第一及第二浮動擴散224、226放電或充電至一預設電壓)各自第一及第二浮動擴散224、226。第一及第二浮動擴散224、226可分別耦合至第一及第二源極隨耦器電晶體228、232之閘極。第一及第二源極隨耦器電晶體228、232作為自相關聯之第一及第二浮動擴散224、226提供一高阻抗輸出之源極隨耦器操作。最後，第一及第二列選擇電晶體230、234可在一經接收之列選擇信號之控制下將像素204中之像素電路之輸出選擇性地耦合至行位元線1及2。 一共用源極隨耦器電壓供應連接VDD、行位元線連接及一共用重設電壓供應連接VDD亦包含在像素204中。 在信號整合期間，例如來自超亮LED之入射在光電二極體214上之高強度照明可使光電二極體214產生大於光電二極體214之一全阱容量(例如，電荷儲存容量)之一量之影像電荷。過量電荷可歸因於抗溢出閘極218之一洩漏性質而溢出(例如，轉移)至第二浮動擴散226。一般言之，抗溢出閘極218可比轉移閘極216更易洩漏。在一些實施例中，抗溢出閘極218可在其閘極偏壓使得形成一通道來允許過量電荷溢出至第二浮動擴散226。在光電二極體214之全阱容量內(例如，小於該容量)之電荷量可保留在光電二極體214中直至執行一讀出。 在一些例項中，入射至光電二極體214上之照明可產生小於光電二極體214之全阱容量之電荷。在此等例項中，不會存在溢出至第二浮動擴散226中之過量電荷。 在一高強度照明事件之後之讀出期間，可使用一四電晶體(4T)時序在位元線1上讀出保留在光電二極體214中之電荷。為讀出第二浮動擴散226上之過量電荷，三電晶體(3T)時序可用於在位元線2上將電荷讀出。第二浮動擴散226上之過量電荷可使一電壓在電容器250上積累。繼而，電容器250上之電壓可啟用第二源極隨耦器電晶體232。取決於電容器250上之電壓，第二源極隨耦器電晶體232可經啟用而進入各種操作狀態(例如歐姆或飽和)中。例如，若電容器250上之電壓處在誘發歐姆操作之一電壓位準，則第二源極隨耦器電晶體232可充當一電壓控制電阻器且將VDD之一部分提供至第二列選擇電晶體234。例如，若電容器250上之電壓處在誘發飽和之一電壓位準，則第二源極隨耦器電晶體232可將VDD提供至第二列選擇電晶體234。 在讀出期間，一讀出電路(例如讀出電路106)可經由位元線1及2接收表示影像電荷及過量影像電荷之電壓。作為回應，讀出電路可聚集影像電荷及過量影像電荷以產生影像資料，其接著可經提供至(例如)功能邏輯。 雖然像素204之所繪示之實施例僅描繪一個光電二極體，但任何數量之光電二極體可經耦合至第一及第二浮動擴散224、226。在包含多個光電二極體之此等實施例中，各光電二極體可例如被稱為一子像素。另外，其他像素控制功能性可包含在像素204中以協助在高強度照明設定中操作像素。例如，可在像素204中實施轉換增益技術、過量影像電荷汲極及雙浮動擴散開關以及所屬領域之技術人員已知之其他特徵。 圖3係根據本發明之一實施例之用於減少歸因於高照明之閃爍之一像素304之一繪示性示意圖。像素304可為像素陣行102之一像素104之一實例。像素304之所繪示之實施例包含像素204之實質上相同之組件，加上額外光電二極體、轉移閘極及抗溢出閘極。一般言之，像素304可包含複數個像素(或子像素)，所有像素皆經耦合至第一浮動擴散且一些像素耦合至第二浮動擴散，其中複數個像素之各者具有各自轉移閘極及抗溢出閘極。像素304可限制或消除由(例如)高照明源誘發之影像閃爍。 像素304之所繪示實施例包含複數個光電二極體314A至314C、複數個轉移閘極316A至316C及複數個抗溢出閘極318A至318C。另外，像素304包含第一及第二浮動擴散324及326、第一及第二重設電晶體320及322、第一及第二源極隨耦器電晶體328及332以及第一及第二列選擇電晶體330及334。複數個光電二極體314A至314C可透過複數個轉移閘極316A至316C之一各自者耦合至第一浮動擴散324。此外，複數個光電二極體314A至314C之一子集可透過複數個抗溢出閘極318A至318C之各自者耦合至第二浮動擴散326。複數個光電二極體之剩餘者可經由一各自抗溢出閘極318耦合至一抗溢出(AB)汲極(例如，一電壓參考源極)。例如，在圖3之實施例中，光電二極體314C經由抗溢出閘極318C耦合至AB汲極，而光電二極體314A、314B經由其等各自之抗溢出閘極318A、318B耦合至第二浮動擴散326。 抗溢出閘極318A至318C可比其等相關聯之轉移閘極316A至316C更易洩漏，或者其等可經偏壓以比其等相關聯之轉移閘極316A至316C更易洩漏。藉由使抗溢出閘極318A至318C比其等相關聯之轉移閘極316A至316C更易洩漏，所產生之超過其等相關聯之光電二極體314A至314C之全阱容量之電荷可溢出至第二浮動擴散326及/或AB汲極。 第二浮動擴散326及第二源極隨耦器332可藉由電容器350電容耦合。電容器350 (其可為一MOS電容器)可消除在第二源極隨耦器332之閘極與第二浮動擴散326之間提供一直接電連接之需要。省略二者之間的直接連接可減少或消除第二浮動擴散326內之暗電流生成。雖然第二浮動擴散326及第二源極隨耦器332經電容耦合，但第一浮動擴散324及第一源極隨耦器328可經由一金屬至半導體接觸直接耦合。 第一及第二重設電晶體320、322可經耦合以在第一及第二重設電晶體320、322之閘極接收之一重設信號之控制下重設其等之各自浮動擴散324、326之一電壓。例如，重設電晶體320、322可將各自第一及第二浮動擴散324、326放電或充電至一預設電壓，此可在入射在光電二極體314A至314C上之影像光之整合之前執行。第一及第二浮動擴散324、326可分別耦合至第一及第二源極隨耦器328、332之閘極。第一及第二源極隨耦器電晶體328、332作為從相關聯之第一及第二浮動擴散324、326提供一高阻抗輸出之源極隨耦器操作。最後，第一及第二列選擇電晶體330、334可在一經接收之列選擇信號之控制下將像素304中之像素電路之輸出選擇性地耦合至行位元線1及2。第一及第二重設電晶體320、322及第一及第二源極隨耦器電晶體可經耦合至共用參考電壓(例如VDD)。 在信號整合期間，可照明光電二極體314A至314C以光產生影像電荷。例如，當照明源為一低光強度源時，光電二極體314A至314C可產生等於或小於其等各自全阱容量(例如，電荷儲存容量)之影像電荷。然而，例如當照明源係一高強度源(例如一LED)時，光電二極體314A至314C可產生超過其等各自之全阱容量之影像電荷。因而，過量影像電荷可溢出至第二浮動擴散326，或至AB汲極，此取決於耦合。例如，在光電二極體314A、314B中產生之過量電荷可溢出(例如，轉移)至第二浮動擴散326，而由光電二極體314C產生之過量電荷可溢出至AB汲極。溢出至AB汲極之電荷可例如並不導致產生影像資料。過量電荷可歸因於抗溢出閘極318A至318C易洩漏(歸因於製造或偏壓)而溢出。 在一高強度照明事件之後之讀出期間，可使用四電晶體(4T)時序將保留在光電二極體314A、314B中之電荷讀出至位元線1上。為讀出第二浮動擴散326上之過量電荷，三電晶體(3T)時序可用於將電荷讀出於位元線2上。第二浮動擴散326上之過量電荷可使一電壓在電容器350上積累。繼而，電容器350上之電壓可啟用第二源極隨耦器電晶體332。取決於電容器350上之電壓，第二源極隨耦器電晶體332可經啟用而進入各種操作狀態(例如歐姆或飽和)中。例如，若電容器350上之電壓處在誘發歐姆操作之一電壓位準，則第二源極隨耦器電晶體332可充當一電壓控制電阻器且將VDD之一部分提供至第二列選擇電晶體334。例如，若電容器350上之電壓處在誘發飽和之一電壓位準，則第二源極隨耦器電晶體332可將VDD提供至第二列選擇電晶體334。 在讀出期間，一讀出電路(例如讀出電路106)可經由位元線1及2接收表示影像電荷及過量影像電荷之電壓。作為回應，讀出電路可聚集影像電荷及過量影像電荷以產生影像資料，其接著可經提供至(例如)功能邏輯。 圖4係根據本發明之一實施例之用於減少歸因於高照明之閃爍之一像素404之一繪示性示意圖。像素404可為像素陣行102之一像素104之一實例。像素404之所繪示實施例包含像素204或像素304之實質上類似組件，加上第一及第二雙轉換增益(DCG)閘極(DCG1及DCG2) 436及438，及第一及第二DCG電容器(CDCG1 及CDCG2 ) 440及442。雖然像素404展示為僅包含一單一光電二極體，但複數個光電二極體(例如類似於像素304)可包含在像素404中，所有光電二極體皆耦合至第一浮動擴散且一些光電二極體耦合至第二浮動擴散，其中複數個像素之各者具有各自轉移閘極及抗溢出閘極。像素404可限制或消除由(例如)高照明源誘發之影像閃爍。 為簡潔起見，已關於圖2及/或圖3之像素204及/或像素304討論之像素404之特徵將自像素404之討論省略。例如，第二浮動擴散426及第二源極隨耦器432可藉由電容器450 (其可為一MOS電容器)電容耦合。因而，第二浮動擴散426可經耦合至電容器450之半導體側，而第二源極隨耦器432之閘極可經耦合至電容器450之金屬側。 第一及第二DCG閘極436、438可分別耦合在第一浮動擴散424與第一DCG電容器440之間及第二浮動擴散426與第二DCG電容器442之間。第一及第二DCG閘極436、438可經耦合以回應於在其等各自閘極上接收一DCG信號選擇性地調整第一及第二浮動擴散424、426之一轉換增益。例如，回應於接收一DCG信號，DCG閘極436、438之任一者或二者可將其等各自浮動擴散424、426耦合至DCG電容器440、442。憑藉耦合至各自浮動擴散424、426之DCG電容器424、426，各自浮動擴散424、426之轉換增益可例如歸因於DCG電容器424、426 (該等電容器耦合至接地)分別從第一及第二浮動擴散424、426吸收電荷而降低。在一些實施例中，DCG電容器440、442可選擇性地耦合至第一及第二浮動擴散424、426以增大其等各自轉換增益。DCG信號可由控制電路(例如控制電路108)提供。 在信號整合期間，可照明光電二極體414以光產生影像電荷。例如，當照明源為一低光強度源時，光電二極體414可產生等於或小於其全阱容量(例如，電荷儲存容量)之影像電荷。然而，例如當照明源係一高強度源(例如一LED)時，光電二極體414可產生超過全阱容量之影像電荷。因而，過量影像電荷可溢出至第二浮動擴散426。過量電荷可歸因於抗溢出閘極418易洩漏(歸因於製造或偏壓)而溢出。 在一高強度照明事件之後之讀出期間，可使用四電晶體(4T)時序或雙轉換增益將保留在光電二極體414中之電荷讀出至位元線1上。為讀出第二浮動擴散426上之過量電荷，三電晶體(3T)時序或雙轉換增益可用於將電荷讀出於位元線2上。 在讀出期間，一讀出電路(例如讀出電路106)可經由位元線1及2接收表示影像電荷及過量影像電荷之電壓。作為回應，讀出電路可聚集影像電荷及過量影像電荷以產生影像資料，其接著可經提供至(例如)功能邏輯。 雖然像素404經描繪為具有兩個DCG閘極及電容器，但在一些實施例中，像素404可僅包含一單一DCG閘極及電容器。例如，一單一DCG閘極及DCG電容器可經耦合在接地與第一浮動擴散424之間。另外，多個光電二極體可包含在像素404中，其可類似於像素304般耦合至第一及第二浮動擴散424、426。 圖5係根據本發明之一實施例之用於減少高強度光誘發之閃爍之一像素504之一繪示性示意圖。像素504可為像素104之一實例。像素504之經繪示實施例包含像素204、304及404之許多相同組件，但像素504可經耦合至一單一位元線，而非多個位元線。另外，像素504包含雙浮動擴散(DFD)電晶體544。像素504可限制或消除由(例如)高照明源誘發之影像閃爍。 為簡潔起見，已關於圖2、圖3及/或圖4之像素204、304及/或404討論之像素504之特徵將從像素504之討論省略。例如，第二浮動擴散526及第二源極隨耦器532可藉由電容器550 (其可為一MOS電容器)電容耦合。因而，第二浮動擴散526可經耦合至電容器550之半導體側，而第二源極隨耦器532之閘極可經耦合至電容器550之金屬側。 電容器550可經耦合至DFD電晶體544，其亦可耦合至第一浮動擴散524。電容器550可另外經耦合至第二浮動擴散526。DFD電晶體544可回應於例如自控制電路接收之一DFD信號將電容器550選擇性地耦合至第一浮動擴散524。例示性控制電路可為成像系統100之控制電路108。 在信號整合期間，可照明光電二極體514以光產生影像電荷。例如，當照明源為一低光強度源時，光電二極體514可產生等於或小於其全阱容量之影像電荷。然而，例如當照明源係一高強度源(例如一LED)時，光電二極體514可產生超過全阱容量之影像電荷。因而，過量影像電荷可溢出至第二浮動擴散526。過量電荷可歸因於抗溢出閘極518易洩漏(歸因於製造或偏壓)而溢出。 在一高強度照明事件之後之讀出期間，可使用四電晶體(4T)時序將保留在光電二極體514中之電荷讀出至位元線上。為讀出第二浮動擴散526上之過量電荷，三電晶體(3T)時序與啟用DFD電晶體544組合可用於經由第一浮動擴散524將電荷讀出至位元線上。 在讀出期間，一讀出電路(例如讀出電路106)可經由位元線1及2接收表示影像電荷及過量影像電荷之電壓。作為回應，讀出電路可聚集影像電荷及過量影像電荷以產生影像資料，其接著可經提供至(例如)功能邏輯。 雖然像素504經描繪為具有一單一光電二極體，但複數個光電二極體可包含在像素504中，其可類似於像素304般耦合至第一及第二浮動擴散524、526。 本發明之所繪示之實例之以上描述(包含摘要中所描述之內容)並不意在為窮盡性的或將本發明限於所揭示之具體形式。雖然出於繪示之目的，本文中描述本發明之特定實例，但熟習此項技術者應認識到，在本發明之範疇內，各種修改係可能的。 鑑於以上實施方式，可對本發明做出此等修改。在隨附發明申請專利範圍中使用之術語不應被解釋為將本發明限於本說明書中揭示之特定實例。實情係，本發明之範疇完全藉由根據發明申請專利範圍解釋之已建立規則來理解之隨附發明申請專利範圍判定。
1‧‧‧位元線
2‧‧‧位元線
100‧‧‧成像系統
102‧‧‧像素陣列
104‧‧‧像素單元/像素
106‧‧‧讀出電路
108‧‧‧控制電路
110‧‧‧位元線
112‧‧‧功能邏輯
204‧‧‧像素
214‧‧‧光電二極體
216‧‧‧轉移閘極
218‧‧‧抗溢出閘極
220‧‧‧第一重設電晶體
222‧‧‧第二重設電晶體
224‧‧‧第一浮動擴散
226‧‧‧第二浮動擴散
228‧‧‧第一源極隨耦器電晶體
230‧‧‧第一列選擇電晶體
232‧‧‧第二源極隨耦器電晶體
234‧‧‧第二列選擇電晶體
250‧‧‧電容器
304‧‧‧像素
314A‧‧‧光電二極體
314B‧‧‧光電二極體
314C‧‧‧光電二極體
316A‧‧‧轉移閘極
316B‧‧‧轉移閘極
316C‧‧‧轉移閘極
318A‧‧‧抗溢出閘極
318B‧‧‧抗溢出閘極
318C‧‧‧抗溢出閘極
320‧‧‧第一重設電晶體
322‧‧‧第二重設電晶體
324‧‧‧第一浮動擴散
326‧‧‧第二浮動擴散
328‧‧‧第一源極隨耦器電晶體
330‧‧‧第一列選擇電晶體
332‧‧‧第二源極隨耦器電晶體
334‧‧‧第二列選擇電晶體
350‧‧‧電容器
404‧‧‧像素
414‧‧‧光電二極體
418‧‧‧抗溢出閘極
424‧‧‧第一浮動擴散
426‧‧‧第二浮動擴散
432‧‧‧第二源極隨耦器
436‧‧‧第一雙轉換增益
438‧‧‧第二雙轉換增益
440‧‧‧第一DCG電容器
442‧‧‧第二DCG電容器
450‧‧‧電容器
504‧‧‧像素
514‧‧‧光電二極體
518‧‧‧抗溢出閘極
524‧‧‧第一浮動擴散
526‧‧‧第二浮動擴散
544‧‧‧雙浮動擴散電晶體
550‧‧‧電容器
C1‧‧‧行
C2‧‧‧行
C3‧‧‧行
C4‧‧‧行
C5‧‧‧行
Cx‧‧‧行
P1‧‧‧像素單元
P2‧‧‧像素單元
P3‧‧‧像素單元
Pn‧‧‧像素單元
R1‧‧‧列
R2‧‧‧列
R3‧‧‧列
R4‧‧‧列
R5‧‧‧列
Ry‧‧‧列
參考以下圖描述本發明之非限制性及非窮盡實例，其中除非另有指定，否則貫穿各種視圖相似元件符號係指相似部分。 圖1係繪示根據本發明之一實施例之在無閃爍的情況下偵測高強度照明之一例示性成像系統之一方塊圖。 圖2係根據本發明之一實施例之用於減少歸因於高照明之閃爍之一像素之一繪示性示意圖。 圖3係根據本發明之一實施例之用於減少歸因於高照明之閃爍之一像素之一繪示性示意圖。 圖4係根據本發明之一實施例之用於減少歸因於高照明之閃爍之一像素之一繪示性示意圖。 圖5係根據本發明之一實施例之用於減少高強度光誘發之閃爍之一像素之一繪示性示意圖。 貫穿附圖之若干視圖之對應參考符號指示對應元件。熟習此項技術者將暸解，圖中之元件出於簡化及清楚之目的而繪示且未必按比例繪製。例如，圖中之一些元件之尺寸可相對其他元件放大來幫助改良對本發明之各種實施例之理解。同樣地，通常不描繪一商業上可行之實施例中有用或必要之常見又易於理解之元件，以便促進對本發明之此等各種實施例之一較少阻礙之觀察。

Claims (20)

  1. 一種減少高照明誘發之閃爍之影像感測器像素，其包括： 一光電二極體，其擷取光且作為回應產生電荷，該光電二極體具有一電荷容量； 一轉移閘極，其將電荷選擇性地轉移至一第一浮動擴散； 一抗溢出閘極，當該經產生之電荷大於該光電二極體電荷容量時，該抗溢出閘極將過量電荷選擇性地轉移至一第二浮動擴散，該過量電荷為大於該光電二極體電荷容量之電荷量； 一第一源極隨耦器電晶體，其藉由一閘極直接耦合至該第一浮動擴散，該第一源極隨耦器回應於一第一列選擇電晶體之啟用而選擇性地將一第一信號輸出至一第一位元線；及 一第二源極隨耦器電晶體，其經電容耦合至該第二浮動擴散，該第二源極隨耦器回應於一第二列選擇電晶體之啟用而選擇性地將一第二信號輸出至一第二位元線。
  2. 如請求項1之影像感測器像素，其中： 該光電二極體為擷取光且作為回應產生電荷之複數個光電二極體之一者， 該轉移閘極為將該電荷自該複數個光電二極體之一各自者選擇性地轉移至該第一浮動擴散之複數個轉移閘極之一者，且 該抗溢出閘極為選擇性地轉移該複數個光電二極體之各自者中產生之過量電荷之複數個抗溢出閘極之一者，其中該複數個抗溢出閘極之一子集將該過量電荷選擇性地轉移至該第二浮動擴散，且其中該複數個抗溢出閘極之剩餘者將該過量電荷選擇性地轉移至一抗溢出汲極。
  3. 如請求項1之影像感測器像素，其進一步包括： 第一及第二雙轉換增益控制閘極，其等分別耦合至該第一及該第二浮動擴散； 第一及第二雙轉換增益電容器，其等分別耦合在該第一及該第二雙轉換增益控制閘極與一參考電壓之間， 其中經耦合至該第一及第二雙轉換增益控制閘極之閘極端子之一控制信號使該第一及該第二雙轉換增益電容器分別耦合至該第一及該第二浮動擴散，以更改該第一及該第二浮動擴散之一轉換增益。
  4. 如請求項1之影像感測器像素，其進一步包括耦合至各自第一及第二浮動擴散之第一及第二重設電晶體，該第一及該第二重設電晶體經耦合以回應於在該第一及該第二重設電晶體之一閘極端子接收之一重設信號將該第一及該第二浮動擴散重設至一預設電壓。
  5. 如請求項1之影像感測器像素，其進一步包括一電容器來將該第二浮動擴散電容耦合至該第二源極隨耦器電晶體之一閘極。
  6. 如請求項5之影像感測器像素，其中該電容器為一金屬氧化物半導體電容器，其具有耦合至該第二浮動擴散之一半導體側及耦合至該第二源極隨耦器電晶體之該閘極之一金屬側。
  7. 如請求項1之影像感測器像素，其中在四電晶體時序下讀出轉移至該第一浮動擴散之該電荷，且其中在三電晶體時序下讀出轉移至該第二浮動擴散之該過量電荷。
  8. 如請求項1之影像感測器像素，其中該第一及該第二源極隨耦器電晶體為相同源極隨耦器電晶體，其中該第一及該第二信號為相同信號，其中該第一及該第二位元線為相同位元線，且其中該影像感測器像素進一步包含一雙浮動擴散切換電晶體來選擇性地耦合該第一及該第二浮動擴散。
  9. 一種用於在不誘發閃爍之情況下偵測高照明源之成像系統，其包括： 一像素陣列，其包含複數個像素，各像素包含： 一光電二極體，其接收影像且作為回應產生電荷，該光電二極體具有一電荷儲存容量； 第一及第二浮動擴散； 一轉移閘極，其將由該光電二極體產生之電荷選擇性地耦合至該第一浮動擴散； 一抗溢出閘極，其將由該光電二極體產生之過量電荷選擇性地耦合至該第二浮動擴散，該過量電荷為超過該光電二極體之該電荷儲存容量之所產生之一電荷量； 第一及第二源極隨耦器電晶體，該第一源極隨耦器電晶體直接耦合至該第一浮動擴散；及 一電容器，其將該第二浮動擴散電容耦合至該第二源極隨耦器電晶體。
  10. 如請求項9之成像系統，其中該電容器為一金屬氧化物半導體電容器，且其中該電容器之一半導體側經耦合至該第二浮動擴散，且該電容器之一金屬側經耦合至該第二源極隨耦器電晶體之一閘極。
  11. 如請求項9之成像系統，其中該第一源極隨耦器電晶體之一閘極經耦合至該第一浮動擴散。
  12. 如請求項9之成像系統，其進一步包括： 一第一列選擇電晶體，其回應於一列選擇信號將該第一源極隨耦器電晶體選擇性地耦合至一第一位元線；及 一第二列選擇電晶體，其回應於該列選擇信號將該第二源極隨耦器電晶體選擇性地耦合至一第二位元線。
  13. 如請求項9之成像系統，其進一步包括： 一第一重設電晶體，其回應於一重設信號將一參考電壓選擇性地耦合至該第一浮動擴散；及 一第二重設電晶體，其回應於該重設信號將該參考電壓選擇性地耦合至該第二浮動擴散。
  14. 如請求項9之成像系統，其進一步包括： 第一及第二雙轉換增益控制閘極，其等分別耦合至該第一及該第二浮動擴散； 第一及第二雙轉換增益電容器，其等分別耦合在該第一及該第二雙轉換增益控制閘極與一參考電壓之間， 其中經耦合至該第一及該第二雙轉換增益控制閘極之閘極端子之一控制信號使該第一及該第二雙轉換增益電容器分別耦合至該第一及該第二浮動擴散，以更改該第一及該第二浮動擴散之一轉換增益。
  15. 如請求項9之成像系統，其中： 該光電二極體為擷取光且作為回應產生電荷之複數個光電二極體之一者， 該轉移閘極為將該電荷從該複數個光電二極體之一各自者選擇性地轉移至該第一浮動擴散之複數個轉移閘極之一者，且 該抗溢出閘極為選擇性地轉移該複數個光電二極體之各自者中產生之過量電荷之複數個抗溢出閘極之一者，其中該複數個抗溢出閘極之一子集將該過量電荷選擇性地轉移至該第二浮動擴散，且其中該複數個抗溢出閘極之剩餘者將該過量電荷選擇性地轉移至一抗溢出汲極。
  16. 如請求項9之成像系統，其中該第一及該第二源極隨耦器電晶體為相同源極隨耦器電晶體，且其中各像素進一步包含雙浮動擴散切換電晶體來選擇性地耦合該第一及該第二浮動擴散。
  17. 一種影像感測器像素，其包括： 一光電二極體，其擷取影像光且作為回應產生影像電荷，該光電二極體具有一全阱容量； 第一及第二浮動擴散； 一轉移閘極，其經耦合以將影像電荷選擇性地轉移至該第一浮動擴散； 一抗溢出閘極，其經耦合以將過量影像電荷選擇性地轉移至該第二浮動擴散，該過量影像電荷為超過該光電二極體全阱容量之影像電荷； 一第一源極隨耦器電晶體，其藉由該第一源極隨耦器電晶體之一閘極直接耦合至該第一浮動擴散； 一第二源極隨耦器電晶體，其藉由該第二源極隨耦器之一閘極電容耦合至該第二浮動擴散； 第一及第二列選擇電晶體，其等經耦合以回應於一列選擇信號將該第一及該第二源極隨耦器選擇性地耦合至第一及第二位元線；及 第一及第二重設電晶體，其經耦合以回應於一重設信號分別重設該第一及該第二浮動擴散。
  18. 如請求項17之影像感測器像素，其中： 該光電二極體為擷取光且作為回應產生電荷之複數個光電二極體之一者， 該轉移閘極為將該電荷從該複數個光電二極體之一各自者選擇性地轉移至該第一浮動擴散之複數個轉移閘極之一者，且 該抗溢出閘極為選擇性地轉移該複數個光電二極體之各自者中產生之過量電荷之複數個抗溢出閘極之一者，其中該複數個抗溢出閘極之一子集將該過量電荷選擇性地轉移至該第二浮動擴散，且其中該複數個抗溢出閘極之剩餘者將該過量電荷選擇性地轉移至一抗溢出汲極。
  19. 如請求項17之影像感測器像素，其進一步包括： 第一及第二雙轉換增益控制閘極，其等分別耦合至該第一及該第二浮動擴散； 第一及第二雙轉換增益電容器，其分別耦合在該第一及該第二雙轉換增益控制閘極與一參考電壓之間， 其中經耦合至該第一及該第二雙轉換增益控制閘極之閘極端子之一控制信號使該第一及該第二雙轉換增益電容器分別耦合至該第一及該第二浮動擴散，以更改該第一及該第二浮動擴散之一轉換增益。
  20. 如請求項17之影像感測器像素，其進一步包括金屬氧化物半導體電容器，其將該第二浮動擴散電容耦合至該第二源極隨耦器之該閘極，其中該電容器之一半導體側經耦合至該第二浮動擴散，且該電容器之一金屬側經耦合至該第二源極隨耦器之該閘極。
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