[发明专利]像素电路及成像系统

说明书

本申请涉及一种像素电路及成像系统。像素电路包含转移晶体管，所述转移晶体管耦合于光电二极管与浮动扩散区之间以将图像电荷转移到所述浮动扩散区。预充电偏移信号表示包含所述转移晶体管的行与被读出的不同行之间的差异。所述选择电路经耦合以在第一与第二转移控制信号之间做出选择以控制所述转移晶体管。所述选择电路经耦合以在所述不同行的读出操作期间响应于预充电启用信号输出所述第一转移控制信号。所述预充电启用信号响应于预充电偏移信号与曝光值信号的比较而生成。所述选择电路经耦合以在包含所述转移晶体管的所述行的读出操作期间响应于取样启用信号输出所述第二转移控制信号。

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器，且更具体来说，本发明涉及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。电信号从图像捕获装置输出到主机电子系统的其它组件。电子系统可为例如移动电话、计算机、数码相机或医疗装置。

随着像素电路变得更小，要求图像传感器在大发光条件范围(从低光条件到亮光条件变化)内运行变得更加难以实现。此运行能力通常称为具有高动态范围成像(HDRI或替代地仅HDR)。高动态范围成像是许多应用非常期望的特征，例如(举例来说)汽车及机器视觉。在常规图像捕获装置中，像素电路需要多个连续曝光，使得图像传感器被曝光到低光电平及高光电平两者以实现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量及固定曝光时间而经受低动态范围。

发明内容

本申请案的一个实施例涉及一种像素电路，其包括：光电二极管，其适于响应于入射光积累图像电荷；转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与安置于第一半导体层中的浮动扩散区之间以选择性地将积累于所述光电二极管中的所述图像电荷转移到所述浮动扩散区；及选择电路，其经耦合以接收取样启用信号及预充电偏移信号，其中所述预充电偏移信号表示所述转移晶体管包含于其中的行与被读出的不同行之间的差异，其中所述选择电路进一步耦合到所述转移晶体管的控制端子以在第一与第二转移控制信号之间做出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被读出的所述不同行的读出操作期间响应于预充电启用信号输出所述第一转移控制信号，其中所述预充电启用信号响应于所述预充电偏移信号与曝光值信号的比较生成，且其中所述选择电路经耦合以在所述转移晶体管包含于其中的所述行的读出操作期间响应于所述取样启用信号输出所述第二转移控制信号。

本申请案的一个实施例涉及一种成像系统，其包括：像素阵列，其具有布置到多个行及多个列中的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：光电二极管，其适于响应于入射光积累图像电荷；转移晶体管，其耦合于所述光电二极管与安置于第一半导体层中的浮动扩散区之间以选择性地将积累于所述光电二极管中的所述图像电荷转移到所述浮动扩散区；及选择电路，其经耦合以接收取样启用信号及预充电偏移信号，其中所述预充电偏移信号表示所述转移晶体管包含于其中的行与被读出的不同行之间的差异，其中所述选择电路进一步耦合到所述转移晶体管的控制端子以在第一与第二转移控制信号之间做出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被读出的所述不同行的读出操作期间响应于预充电启用信号输出所述第一转移控制信号，其中所述预充电启用信号响应于所述预充电偏移信号与曝光值信号的比较而生成，且其中所述选择电路经耦合以在所述转移晶体管包含于其中的所述行的读出操作期间响应于所述取样启用信号输出所述第二转移控制信号；控制电路，其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

参考图式描述本发明非限制性及非穷尽性实施例，其中相似元件符号指代贯穿各种视图的相似部件，除非另外指定。

图1是根据本发明的教示的堆叠式半导体装置晶片的一个实例的分解图，其中实例成像系统的集成电路裸片包含具有行解码器及选择电路的控制电路以结合使用帧内多位曝光控制的高动态范围图像传感器读出架构来使用。