[发明专利]用于高动态范围图像传感器的多单元像素阵列

说明书

本申请涉及一种用于高动态范围图像传感器的多单元像素阵列。一种像素包含多个光电二极管的阵列。所述光电二极管阵列包含多个行的光电二极管和多个列的光电二极管。所述多个光电二极管包含具有第一表面积的一组第一光电二极管和具有小于所述第一表面积的第二表面积的至少一个第二光电二极管。所述第一光电二极管经布置以相对于所述至少一个第二光电二极管对称。输出电路系统电耦合到所述一组第一光电二极管中的所述第一光电二极管中的每一者。开关选择性地以可操作方式闭合以将所述输出电路系统电耦合到所述第二光电二极管。

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器，且更具体地说，涉及高动态范围图像传感器。

背景技术

标准图像传感器具有大约60到70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度动态范围要大得多。例如，自然场景通常跨越90dB以及更大的范围。为了同时捕捉强光和暗影，高动态范围(HDR)技术已在图像传感器中使用以增大捕捉的动态范围。增大动态范围的最常见技术是将使用标准(低动态范围)图像传感器利用不同曝光设置捕捉的多重曝光合并到单个线性HDR图像中，这会得到比单次曝光图像大得多的动态范围图像。

另一HDR技术将不同的曝光积分时间或不同的感光度(例如通过插入中性密度滤光片)并入到单个图像传感器中。所述单个图像传感器实际上可在单个图像传感器中具有2、3、4或甚至更多次不同曝光。因此，使用此HDR图像传感器可在单次拍摄中获得多重曝光图像。然而，与普通全分辨率图像传感器相比，使用此HDR传感器会减小总体图像分辨率。举例来说，对于将4次不同曝光组合到一个图像传感器中的HDR传感器，每个HDR图像将仅为全分辨率图像的四分之一分辨率。

实施HDR图像传感器的其它方法存在许多其它困难。这些其它方法并非空间高效的，且难以小型化到较小间距以实现较高分辨率。另外，由于许多此类HDR图像传感器的布局不对称，减小像素的大小和间距以实现高分辨率图像传感器会导致串扰和其它不合需要的副效应，例如由于间距减小而可能发生在这些图像传感器中的对角眩光。此外，许多HDR图像传感器需要具有极大的满阱容量(FWC)的结构以适应大的动态范围。然而，大FWC要求会造成滞后、白色像素(WP)、暗电流(DC)和其它不良问题。因此，此类其它HDR成像方法因难以调整的高FWC要求而同样不适用于高分辨率。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种像素，其包括：多个光电二极管的阵列，所述光电二极管阵列包含多个行的光电二极管和多个列的光电二极管，所述多个光电二极管包含具有第一表面积的一组第一光电二极管和具有小于所述第一表面积的第二表面积的至少一个第二光电二极管，所述第一光电二极管经布置以相对于所述至少一个第二光电二极管对称；输出电路系统，其电耦合到所述一组第一光电二极管中的所述第一光电二极管中的每一者；以及开关，其选择性地以可操作方式闭合以将所述输出电路系统电耦合到所述第二光电二极管。

在另一方面，本公开涉及一种用于基于入射到像素上的来光生成输出信号的方法，其中所述像素由多个光电二极管的阵列构成，所述方法包括：在输出电路系统处接收由所述多个光电二极管的所述阵列中的一组第一光电二极管中包含的第一光电二极管中的每一者光生的图像电荷，所述光电二极管阵列包含多个行的光电二极管和多个列的光电二极管，所述多个光电二极管包含具有第一表面积的所述一组第一光电二极管，所述多个光电二极管包含具有小于所述第一表面积的第二表面积的至少一个第二光电二极管，所述第一光电二极管经布置以相对于所述至少一个第二光电二极管对称，其中所述一组第一光电二极管中的所述第一光电二极管中的所述每一者电耦合到所述输出电路系统；选择性地闭合电开关以将所述至少一个第二光电二极管与所述输出电耦合，且在所述电开关选择性地闭合时在所述输出电路系统处接收由所述至少一个第二光电二极管光生的图像电荷；以及基于在所述输出电路系统处接收到的所述图像电荷，生成所述输出信号。