[实用新型]图像传感器像素单元

说明书

本实用新型涉及图像传感器像素单元。所述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。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。本实用新型实现的一个技术效果是提供改进的图像传感器像素单元和改进的系统。

本申请是申请日为2017年6月8日、申请号为201720656785.7，实用新型名称为“图像传感器像素单元和成像系统”的实用新型专利申请的分案申请。

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，所述光电二极管被配置为响应于光而生成图像信号；浮动扩散区；第一电荷存储结构，耦接到光电二极管与浮动扩散区之间的第一路径；以及第二电荷存储结构，耦接到光电二极管与浮动扩散区之间的第二路径，其中第一路径和第二路径是光电二极管与浮动扩散区之间的平行路径。

在一个实施例中，图像传感器像素单元还包括：晶体管，所述晶体管耦接在所述光电二极管与所述第一电荷存储结构之间；以及至少一个附加晶体管，所述至少一个附加晶体管耦接在所述第一电荷存储结构与浮动扩散区之间。在一个实施例中，图像传感器像素单元还包括：第一转移晶体管，所述第一转移晶体管耦接在所述光电二极管与所述第二电荷存储结构之间；以及第二转移晶体管，所述第二转移晶体管耦接在所述第二电荷存储结构与浮动扩散区之间。

在一个实施例中，所述晶体管被配置为设置溢流电荷势垒，并且所述第一电荷存储结构被配置为接收由溢流电荷势垒确定的图像信号的一部分。

在一个实施例中，所述第一电荷存储结构包括电容器，所述图像信号的一部分包括低增益信号，并且所述至少一个附加晶体管被配置为将低增益信号从电容器转移至浮动扩散区。

在一个实施例中，图像传感器像素单元还包括：重置晶体管，其中所述重置晶体管和所述至少一个附加晶体管耦接在电压源和浮动扩散区之间；以及连接晶体管，其中所述连接晶体管和所述至少一个附加晶体管耦接在所述第一电荷存储结构和浮动扩散区之间。