[发明专利]高动态范围像素电路及使用高动态范围像素电路的图像系统

说明书

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

技术领域

本发明大体来说涉及图像传感器，且更具体来说，本发明针对高动态范围图像传感器。

背景技术

图像捕获装置包含图像传感器及成像透镜。成像透镜将光聚焦到图像传感器上以形成图像，且图像传感器将光转换成电信号。将电信号从图像捕获装置输出到主机电子系统的其它组件。电子系统可以是(举例来说)移动电话、计算机、数字相机或医疗装置。

随着像素电路变得越来越小，对用以在从弱光条件到亮光条件变化的大范围照明条件内运行的图像传感器的需求变得越来越难以实现。此种性能能力通常被称为具有高动态范围成像(HDRI或者仅称为HDR)。高动态范围成像对于例如汽车视觉及机器视觉等若干种应用来说是极为期望特征。在常规图像捕获装置中，像素电路需要多次连续曝光使得图像传感器曝露于低光水平及高光水平两者下以实现HDR。传统互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器由于有限阱容及固定曝光时间而忍受低动态范围。

发明内容

本发明的一方面涉及一种像素电路，所述像素电路包括：光电二极管，其安置于第一半导体层中、适于响应于入射光而积累图像电荷；转移晶体管，其安置于所述第一半导体层中、耦合在安置于所述第一半导体层中的所述光电二极管与浮动扩散部之间以将所述光电二极管中所积累的所述图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散部；及选择电路，其安置于第二半导体层中、通过所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的混合接合耦合到所述转移晶体管的控制端子，以在第一转移控制信号与第二转移控制信号之间进行选择以控制所述转移晶体管，其中所述选择电路经耦合以在对与其中包含所述转移晶体管的行不同的行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出所述第一转移控制信号，且其中所述选择电路经耦合以在对其中包含所述转移晶体管的所述行进行读出操作期间响应于样本启用信号而输出所述第二转移控制信号。

本发明的另一方面涉及一种成像系统，所述成像系统包括：像素阵列，其具有布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：光电二极管，其安置于第一半导体层中、适于响应于入射光而积累图像电荷；转移晶体管，其安置于所述第一半导体层中、耦合在安置于所述第一半导体层中的所述光电二极管与浮动扩散部之间以将所述光电二极管中所积累的所述图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散部；选择电路，其安置于第二半导体层中、通过所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的混合接合耦合到所述转移晶体管的控制端子，以在第一转移控制信号与第二转移控制信号之间进行选择以控制所述转移晶体管，其中所述选择电路经耦合以在对与其中包含所述转移晶体管的行不同的行进行读出操作期间响应于预充电启用信号而输出所述第一转移控制信号，且其中所述选择电路经耦合以在对其中包含所述转移晶体管的所述行进行读出操作期间响应于样本启用信号而输出所述第二转移控制信号；控制电路，其安置于所述第二半导体层中且耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，其中所述选择电路包含于所述控制电路中；及读出电路，其安置于所述第二半导体层中且耦合到所述像素阵列以从所述多个像素电路读出图像数据。

附图说明

参考以下图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似参考编号指代相似零件。