[发明专利]图像传感器和用于在图像传感器中对像素进行合并的方法

说明书

一种图像传感器和用于在图像传感器中对像素进行合并的方法，所述图像传感器包括：像素阵列，包括多个像素；色彩过滤器阵列，包括覆盖在所述像素阵列上的多个色彩过滤器簇；和读出电路，被配置为将共享公共色彩过滤器簇并且具有第一曝光时间的像素同时提供至读出线，用于数字数据转换。每个色彩过滤器簇包括一组相同色彩过滤器，并且共享公共色彩过滤器簇的像素具有不同的曝光时间。

技术领域

本发明涉及图像传感器设备，并且更具体地，涉及具有快速读出、高动态范围(high dynamic range,HDR)和低读出噪声的图像传感器，以及用于在图像传感器中对像素进行合并的方法。

背景技术

具有高像素计数的现代图像传感器试图以最小功率消耗来实现高帧率、低读取噪声和高动态范围。现代CMOS图像传感器(CMOS image sensor,CIS)的基本功能是捕获在光电二极管阵列中转换为电子的光子。这些捕获的电子由作为图像传感器的一部分而包括的一系列模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)读出。帧率由使用的ADC的数量、要读出的总像素数量和在一个ADC上读出一个像素的时间决定。增加ADC的数量或降低读出一个像素的时间通常会增加由图像传感器消耗的总功率。

发明内容

本发明的实施例提供了用于在与传统CIS相同的功率消耗下更快读出和更低读出噪声的新颖技术方案。本发明概念的示例性实施例利用新颖的像素合并方案。本发明概念与其中多个光电二极管共享相同的读出结构的图像传感器相关。

在本发明的一个方面中，一种图像传感器，包括：像素阵列，包括多个像素；色彩过滤器阵列，包括覆盖在像素阵列上的多个色彩过滤器簇；和读出电路，被配置为将共享公共过滤器簇并且具有第一曝光时间的像素同时提供至读出线，用于数字数据转换。每个色彩过滤器簇包括一组相同色彩过滤器，并且共享公共色彩过滤器簇的像素具有不同的曝光时间。

在本发明的另一方面中，一种图像传感器，包括：像素阵列，包括多个像素；色彩过滤器阵列，包括覆盖在像素阵列上的多个色彩过滤器簇；和读出电路，被配置为在第一时间间隔将相应数量的像素的一半像素的像素信号同时提供至读出线，用于数字数据转换，以获得相应的第一数字数据。每个色彩过滤器簇包括覆盖在相应数量的像素上的多个相同色彩过滤器。

在一个实施例中，读出电路还被配置为在不同于第一时间间隔的第二时间间隔，将相应数量的像素的剩余一半像素的像素信号同时提供至读出线，用于数字数据转换，以获得相应的第二数字数据。

在一个实施例中，读出电路通过执行两次读出操作来使用常规转换增益读出与色彩过滤器簇相关联的所有像素的像素信号，以获得读出噪声的sqrt(2)的改善。

在本发明的又一方面中，一种图像传感器可以包括：像素阵列，包括多个像素；色彩过滤器阵列，包括设置在像素阵列上的多个过滤器簇；和读出电路，被配置为在相同时间间隔内将相应第一数量的像素的像素信号或相应第二数量的像素的像素信号同时提供至读出线，用于数字数据转换，以获得相应的第一数字数据，但不在该相同时间间隔内将相应第一数量的像素的像素信号和相应第二数量的像素的像素信号同时提供至读出线。每个过滤器簇包括覆盖在相应第一数量的像素上的第一数量的第一过滤器和覆盖在相应第二数量的像素上的第二数量的第二过滤器，第一过滤器不同于第二过滤器。