[实用新型]图像传感器像素单元和成像系统

说明书

技术领域

本实用新型整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及具有带有高动态范围功能的紧凑图像传感器像素单元的成像设备。

背景技术

图像传感器常在电子设备，例如，移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置方式中，图像传感器包括被布置成像素单元行和像素单元列的图像像素单元阵列。可将电路耦接到每个像素单元列以从图像像素单元读出图像信号。

典型的图像像素单元包含光电二极管，用于响应于入射光而生成电荷。图像像素单元还可包括用于存储在光电二极管中生成的电荷的电荷存储区。图像传感器可使用全局快门方案或卷帘快门方案进行操作。在全局快门中，图像传感器中的每个像素单元均可同时捕获图像，而在卷帘快门中，每行像素单元可依次捕获图像。

图像传感器可配备有多曝光高动态范围(HDR)功能，其中用图像传感器在不同曝光时间捕获多个图像。然后将多个图像结合到高动态范围图像中。通过添加附加的采样保持(S/H)电路，HDR图像传感器可使用卷帘快门操作或全局快门操作来进行操作。然而，附加的采样保持电路可占用有价值的像素单元区域，从而减少可用于像素单元光电二极管的有源区域的量。另外，在标准HDR图像传感器像素单元中，明亮的场景可导致光电二极管的不必要的饱和，从而导致过饱和图像信号。

因此，可能有利的是能够提供具有改进的图像传感器像素单元的成像设备。

实用新型内容

本实用新型解决的一个技术问题是提供具有改进的图像传感器像素单元的成像设备。

根据本实用新型的一个方面，提供一种图像传感器像素单元，包括：光电二极管，所述光电二极管响应于入射光而生成电荷；第一电荷存储区、第二电荷存储区和第三电荷存储区；第一晶体管，所述第一晶体管被配置为将所述生成电荷的第一部分转移到所述第一电荷存储区；第二晶体管，所述第二晶体管被配置为将所述生成电荷的第二部分转移到所述第二电荷存储区；以及第三晶体管，所述第三晶体管被配置为将所述生成电荷的所述第二部分从所述第二电荷存储区转移到所述第三电荷存储区。

在一个实施例中，所述图像传感器像素单元还包括：第四晶体管，所述第四晶体管耦接在所述第一电荷存储区和所述第三电荷存储区之间；具有第一供电电压的第一电压源；以及第一重置晶体管，所述第一重置晶体管被配置为将所述第一电荷存储区重置为所述第一供电电压。

在一个实施例中，所述第一晶体管插置在所述光电二极管和所述第一电荷存储区之间，并且其中所述第二晶体管插置在所述光电二极管和所述第二电荷存储区之间。

在一个实施例中，所述图像传感器像素单元还包括：第四电荷存储区；第五晶体管，所述第五晶体管被配置为将所述生成电荷从所述光电二极管转移到所述第四电荷存储区；具有第二供电电压的第二电压源；以及抗光晕晶体管，所述抗光晕晶体管耦接在所述第二电压源和所述光电二极管之间。

在一个实施例中，所述图像传感器像素单元还包括第二重置晶体管，其中所述第二重置晶体管插置在所述第一电压源和所述第三电荷存储区之间。

在一个实施例中，所述图像传感器像素单元还包括第六晶体管，其中所述第一电荷存储区为电容器，其中所述第三电荷存储区为浮动扩散区，并且其中当所述第四晶体管和所述第六晶体管生效时，所述生成电荷的所述第一部分从所述电容器转移到所述浮动扩散区。

在一个实施例中，所述生成电荷的所述第一部分包括低增益信号，其中所述生成电荷的所述第二部分包括高增益信号，并且其中所述图像传感器像素单元被配置为在全局快门模式下操作。

根据本实用新型的一个方面，提供一种系统，包括：透镜；以及全局快门图像像素单元，其中所述透镜与所述全局快门图像像素单元光学耦接，以 及全局快门图像像素单元包括：光电二极管，所述光电二极管响应于光而生成图像信号；第一晶体管，所述第一晶体管设置阈值电压；电容器，所述电容器被配置为接收所述生成图像信号的超过所述阈值电压的一部分并且存储所述生成图像信号的所述部分；存储区；第二晶体管，所述第二晶体管被配置为将所述生成图像信号的由所述电容器存储的所述部分转移到所述存储区；以及电压源，所述电压源通过所述第二晶体管耦接到所述存储区。

在一个实施例中，所述全局快门图像像素单元还包括存储结构，所述存储结构存储所述生成图像信号的第二部分，其中所述生成图像信号的存储在所述存储结构处的所述第二部分包括高增益信号。