[发明专利]高动态范围背照式电荷域相关双采样全局快门图像传感器像素

说明书

本发明公开了一种高动态范围背照式电荷域相关双采样全局快门图像传感器像素，包括：用于感测光信号生成电荷的光电二极管，用于暂时存储光电二极管中产生的电荷的第一电荷存储单元、第二电荷存储单元和第三电荷存储单元，用于同步电荷存储单元中存储的电荷的数量的改变量的辅助电荷存储单元。本发明通过增加设计辅助电荷存储单元，使得该辅助电荷存储单元里面存储的电荷的数量的改变量同电荷存储单元里面存储的电荷的数量的改变量相当，两个改变量相减的结果体现了从感光区域转移至电荷存储单元中的电荷的实际数量。通过该方式，可有效提高传感器的全局快门效率。

技术领域

本发明涉及图像成像技术，尤其涉及一种高动态范围背照式电荷域相关双采样全局快门图像传感器像素。

背景技术

图像传感器在消费、工业、汽车等领域有广泛应用。全局快门(GS)图像传感器的所有像素在成像时同时开始和结束感光，可以获得高清晰度、低畸变的图像，一般应用于对移动物体拍摄。高动态范围(HDR)图像传感器的像素能够在很大的光强度范围成像而不至于使输出信号因为饱和而失真，一般应用于室外等光照条件复杂的场景下的拍摄。

提高全局快门图像传感器的动态范围的一种方式是，在像素内设置多个电荷存储单元。曝光时，光生电荷以一定比例存储于不同的电荷存储单元中；读出时，各电荷存储单元中的电荷信息被依次读出。后端的数字信号处理电路可以基于这些读出信号产生高动态范围图像。这种高动态范围成像方式能够有效减小重影效果(GhostEffect)，因为只需要单次曝光而不是前后多次曝光就可以产生高动态范围图像。

提高图像传感器的成像质量可以通过提高像素的感光能力和降低像素的读出噪声来实现。一种提高像素感光能力的方式是使用背照式(BSI)技术，即使入射光从芯片的背面照射进芯片的感光区域。

一种降低像素的读出噪声的方式是使用电荷域相关双采样技术，即在像素内的电荷存储单元中暂时存储感光区域中产生的光生电荷，通过像素和像素外的相关双采样(CDS)电路协同工作，利用电荷的完全转移来消除像素的复位噪声。

对于全局快门图像传感器而言，全局快门效率(GSE)衡量一段时间里感光区域中产生的电荷的数量同电荷存储单元由于自身感光性而产生的电荷的数量的比例。同时使用上述背照式技术和电荷域相关双采样技术，会导致传感器的全局快门效率过低：即使进行了某种光学屏蔽，从背面照射进芯片的入射光依然会不可避免地照射到电荷存储单元中。这样，在等待电荷被读出的一段时间里，电荷存储单元里面存储的电荷数量会因为其自身的感光性而改变，引入读出误差，降低传感器的全局快门效率。

过低的全局快门效率限制了上述背照式技术和电荷域相关双采样技术的结合，进而也限制了全局快门图像传感器的成像质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种高动态范围背照式电荷域相关双采样全局快门图像传感器像素。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高动态范围背照式电荷域相关双采样全局快门图像传感器像素，包括：

用于感测光信号生成电荷的光电二极管，用于暂时存储光电二极管中产生的电荷的第一电荷存储单元、第二电荷存储单元和第三电荷存储单元，用于同步电荷存储单元中存储的电荷的数量在等待读出过程中的改变量的辅助电荷存储单元。

按上述方案，所述图像传感器像素还包括浮置扩散区。

按上述方案，所述图像传感器像素还包括用于将生成电荷从光电二极管转移至电荷存储单元的传输晶体管。

按上述方案，所述图像传感器像素还包括用于控制电荷从电荷存储单元及辅助电荷存储单元往浮置扩散区转移的传输晶体管。

按上述方案，所述图像传感器像素中电荷存储单元和辅助电荷存储单元为同时具备电荷存储和电荷转移控制功能的电荷存储单元。