用于检测不闪烁发光二极管的系统及方法

摘要

本发明涉及用于检测不闪烁发光二极管的系统及方法。一种用于检测不闪烁发光二极管LED的图像传感器包含具有像素的像素阵列。每一像素包含：包含第一及第二子像素的子像素、双浮动扩散DFD晶体管及耦合到所述DFD晶体管的电容器。第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散FD节点的第一转移栅极晶体管。第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到第二FD节点的第二转移栅极晶体管。DFD晶体管耦合到所述第一及所述第二FD节点。还描述其它实施例。

权利要求

1.一种检测不闪烁高照明元件的图像传感器，其包括：

像素阵列，其包含多个像素，所述像素中的每一者包含：

(i)多个子像素，其包含第一子像素、第二子像素、第三子像素和第四子像素，所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件、用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散节点的第一转移栅极晶体管及耦合到所述第一光敏元件的第一抗溢出栅极，且所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件/用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到第二浮动扩散节点的第二转移栅极晶体管及耦合到所述第二光敏元件的第二抗溢出栅极，所述第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件、用于选择性地将所述第三图像电荷从所述第三光敏元件转移到第三浮动扩散节点的第三转移栅极晶体管及耦合到所述第三光敏元件的第三抗溢出栅极，且所述第四子像素包含用于获取第四图像电荷的第四光敏元件、用于选择性地将所述第四图像电荷从所述第四光敏元件转移到第四浮动扩散节点的第四转移栅极晶体管及耦合到所述第四光敏元件的第四抗溢出栅极，(ii)双浮动扩散晶体管，其耦合到所述第一浮动扩散节点、所述第二浮动扩散节点、所述第三浮动扩散节点及所述第四浮动扩散节点，其中所述双浮动扩散晶体管经由所述第一转移栅极晶体管、所述第二转移栅极晶体管、所述第三转移栅极晶体管及所述第四转移栅极晶体管选择性地耦合到所述第一抗溢出栅极、所述第二抗溢出栅极、所述第三抗溢出栅极及所述第四抗溢出栅极，以及(iii)电容器，其耦合到所述双浮动扩散晶体管，

其中所述第一抗溢出栅极经偏置泄漏少于所述第一转移栅极晶体管，其中所述第二抗溢出栅极、所述第三抗溢出栅极及所述第四抗溢出栅极经偏置泄漏多于所述第二转移栅极晶体管、所述第三转移栅极晶体管及所述第四转移栅极晶体管，且其中在信号积分期间，所述双浮动扩散晶体管经由所述第一转移栅极晶体管选择性地耦合到所述第一抗溢出栅极，且所述电容器存储来自所述第一光敏元件的溢出电荷。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中在积分结束处，读出所述电容器上所存储的所述溢出电荷，且随后分别读出所述第一图像电荷、所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷作为光敏元件信号。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一光敏元件包含来自拜耳彩色图案的一个彩色滤光片，且所述第二光敏元件、所述第三光敏元件及所述第四光敏元件包含透明彩色滤光片。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中来自第一光敏元件、所述第二光敏元件、所述第三光敏元件及所述第四光敏元件的信号在图像信号处理ISP中经组合以生成最终图像电荷。

5.一种检测不闪烁高照明元件的图像传感器，其包括：

像素阵列，其包含多个像素，所述像素中的每一者包含：

(i)多个子像素，其包含第一子像素及第二子像素，

所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散节点的第一转移栅极晶体管，且所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到第二浮动扩散节点的第二转移栅极晶体管，(ii)双浮动扩散晶体管，其耦合到所述第一浮动扩散节点及所述第二浮动扩散节点，以及(iii)电容器，其耦合到所述双浮动扩散晶体管；

源极随耦器晶体管，其耦合到所述第二浮动扩散节点及所述双浮动扩散晶体管以从所述第一浮动扩散节点或所述第二浮动扩散节点中的至少一者输出电荷；以及复位晶体管，其耦合到电源轨及所述第二浮动扩散节点，其中所述第一光敏元件执行所述高照明元件的检测，其中所述电容器耦合到所述第一转移栅极晶体管以存储额外第一图像电荷，其中所述额外第一图像电荷是通过所述第一转移栅极晶体管从所述第一光敏元件泄漏的图像电荷，其中所述第二光敏元件大于所述第一光敏元件，

其中所述子像素、所述双浮动扩散晶体管、所述源极随耦器晶体管及所述复位晶体管安置于第一半导体裸片上，且所述电容器安置于第二半导体裸片上，其中所述第一半导体裸片及所述第二半导体裸片经堆叠以形成堆叠式图像传感器。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述多个子像素进一步包含第三及第四子像素，所述第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件及用于选择性地将所述第三图像电荷从所述第三光敏元件转移到所述第二浮动扩散节点的第三转移栅极晶体管，且所述第四子像素包含用于获取第四图像电荷的第四光敏元件及用于选择性地将所述第四图像电荷从所述第四光敏元件转移到所述第二浮动扩散节点的第四转移栅极晶体管。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中读出所述第一光敏元件上所存储的所述第一图像电荷及所述电容器上所存储的所述额外第一图像电荷，且所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷被分选在一起，且随后由相关双取样CDS读出。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中三次读出所述图像电荷，其中(i)读出所述第一图像电荷及所述额外第一图像电荷，(ii)接着读出被分选在一起的所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷，以及(iii)接着读出被分选在一起的所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷及所述额外第一图像电荷。

9.一种检测不闪烁高照明元件的图像传感器，其包括：

像素阵列，其包含多个像素，所述像素中的每一者包含：

多个子像素，其安置于第一半导体裸片上、包含第一子像素，所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散节点的第一转移栅极晶体管，第一双浮动扩散晶体管，其耦合到所述浮动扩散节点，其中所述第一双浮动扩散晶体管安置于所述第一半导体裸片上，第一电容器，其耦合到所述第一双浮动扩散晶体管及第二双浮动扩散晶体管，以及第二电容器，其耦合到所述第二双浮动扩散晶体管，其中所述第一电容器、所述第二电容器及所述第二双浮动扩散晶体管安置于第二半导体裸片上，其中所述第一半导体裸片及所述第二半导体裸片经堆叠以形成堆叠式图像传感器。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其进一步包括：

源极随耦器晶体管，其耦合到所述第一浮动扩散节点及所述双浮动扩散晶体管以从所述第一浮动扩散节点输出电荷；以及复位晶体管，其耦合到电源轨及所述第一浮动扩散节点。

11.一种检测不闪烁高照明元件的方法，其包括：

由包含多个像素的像素阵列捕获图像帧，所述像素中的每一者包含双浮动扩散晶体管、耦合到所述双浮动扩散晶体管的电容器及包含第一子像素及多个剩余子像素的多个子像素，其中所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件、用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散节点的第一转移栅极晶体管及耦合到所述第一光敏元件的第一抗溢出栅极，其中所述第一抗溢出栅极经偏置泄漏少于所述第一转移栅极晶体管，其中所述剩余子像素包含用于获取剩余图像电荷的剩余光敏元件、用于选择性地分别将所述剩余图像电荷从所述剩余光敏元件转移到剩余浮动扩散节点的剩余转移栅极晶体管、及分别耦合到所述剩余光敏元件的剩余抗溢出栅极，其中所述剩余抗溢出栅极经偏置泄漏多于所述剩余转移栅极晶体管，所述双浮动扩散晶体管耦合到所述子像素中的每一者中所包含的所述第一浮动扩散节点，所述剩余浮动扩散节点、所述第一抗溢出栅极、及所述剩余抗溢出栅极；

在信号积分期间，将从所述第一光敏元件溢出的电荷存储于所述电容器中，且使所述剩余子像素通过剩余抗溢出栅极溢出到电源轨；以及在积分结束处，读出所述电容器上所存储的所述溢出电荷，且分别读出所述第一图像电荷及所述剩余图像电荷。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：一起或在单独的时间接通所述第一转移栅极晶体管及所述剩余转移栅极晶体管。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述像素阵列被布置成拜耳彩色图案，所述第一光敏元件包含彩色滤光片，且所述剩余光敏元件包含透明彩色滤光片。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：在图像传感器处理ISP中组合来自所述第一子像素的信号与来自所述剩余子像素的信号以生成最终图像，其中来自所述第一子像素的所述信号是RGB彩色信号，且来自所述剩余子像素的所述信号是透明彩色信号。

15.一种检测不闪烁高照明元件的方法，其包括：

由多个子像素捕获多个图像电荷，所述子像素包含第一子像素、第二子像素、第三子像素及第四子像素，其中所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散节点的第一转移栅极晶体管，所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到第二浮动扩散节点的第二转移栅极晶体管，所述第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件及用于选择性地将所述第三图像电荷从所述第三光敏元件转移到所述第二浮动扩散节点的第三转移栅极晶体管，所述第四子像素包含用于获取第四图像电荷的第四光敏元件及用于选择性地将所述第四图像电荷从所述第四光敏元件转移到所述第二浮动扩散节点的第四转移栅极晶体管，其中双浮动扩散晶体管耦合到所述第一浮动扩散节点及所述第二浮动扩散节点，在信号积分期间，由耦合到所述第一转移栅极晶体管的电容器存储额外第一图像电荷，其中所述额外第一图像电荷是通过所述第一转移栅极晶体管从所述第一光敏元件泄漏的图像电荷；以及在积分结束处，

读出所述第一光敏元件上所存储的所述第一图像电荷及所述电容器上所存储的所述额外第一图像电荷，及通过相关双取样CDS读出被分选在一起的所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷。

16.根据权利要求15所述的方法，其中通过相关双取样CDS读出被分选在一起的所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷进一步包括：读出被分选在一起的所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷，及读出被分选在一起的所述第二图像电荷、所述第三图像电荷及所述第四图像电荷、及所述额外第一图像电荷。

17.根据权利要求15所述的方法，其中如果所述电容器饱和，那么所述双浮动扩散晶体管及耦合到电源轨及所述第二浮动扩散节点的复位晶体管为所述第一光敏元件提供抗溢出路径，且其中所述第二转移栅极晶体管、所述第三转移栅极晶体管及所述第四转移栅极晶体管及所述复位晶体管为所述第二光敏元件、所述第三光敏元件及所述第四光敏元件提供抗溢出路径。

说明书

用于检测不闪烁发光二极管的系统及方法

技术领域

[0001] 本发明的实例大体上涉及图像传感器。更具体来说，本发明的实例涉及检测不闪烁高照明元件(例如，发光二极管(LED))的图像传感器及实施图像传感器的方法。

背景技术

[0002] 高速图像传感器已广泛用于包含汽车领域、机器视觉领域及专业视频摄影领域的不同领域中的许多应用中。这些领域中的一些应用需要检测及捕获LED光，这被证明是困难的。举例来说，汽车图像传感器面临LED闪烁的问题。未来汽车灯、交通灯及标志将包含以90到300Hz脉冲的具有高峰值光强度的LED。这需要被保持在10ms内的最小曝光时间。因此，需要很高的满井容量(FWC)或很低的光强度来避免像素变得饱和及丢失有用信息。

[0003] 解决有用信息从饱和像素溢流及丢失的当前解决方案包含使用横向溢流积分电容器(LOFIC)增强FWC。当光电二极管在到达对应FWC之后被填充时，额外电荷将泄漏到浮动漏极中。接着，连接到浮动漏极的较大电容器可存储额外电荷。然而，最大FWC因此受浮动漏极电容器限制而非受光电二极管FWC限制。其它解决方案涉及使用非线性传感器(例如，对数传感器)以放大FWC，或使用分裂二极管像素或子像素传感器以通过最小化小光电二极管的灵敏度来维持最小曝光时间。此外，对于高动态范围(HDR)应用，现存图像传感器由于有限的电荷存储及有限的FWC而具竞争性。

发明内容

[0004] 本发明的一方面涉及一种检测不闪烁高照明元件的图像传感器，其包括：像素阵列，其包含多个像素，所述像素中的每一者包含：(i)多个子像素，其包含第一及第二子像素，所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散(FD)节点的第一转移栅极晶体管，且所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到第二FD节点的第二转移栅极晶体管，(ii)双浮动扩散(DFD)晶体管，其耦合到所述第一及所述第二FD节点，以及(iii)电容器，其耦合到所述DFD晶体管。

[0005] 在本发明的另一方面中，一种检测不闪烁高照明元件的图像传感器包括：像素阵列，其包含多个像素，所述像素中的每一者包含：多个子像素，其安置于第一半导体裸片上、包含第一子像素，所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散(FD)节点的第一转移栅极晶体管，第一双浮动扩散(DFD)晶体管，其耦合到所述FD节点，其中所述第一DFD晶体管安置于所述第一半导体裸片上，第一电容器，其耦合到所述第一DFD晶体管及第二DFD晶体管，以及第二电容器，其耦合到所述第二DFD晶体管，其中所述第一电容器、所述第二电容器及所述第二DFD晶体管安置于第二半导体裸片上，其中所述第一及所述第二半导体裸片经堆叠以形成堆叠式图像传感器。

[0006] 在本发明的又一方面中，一种检测不闪烁发光二极管(LED)的图像传感器包括：像素，其包含多个子像素，所述子像素包含第一、第二子像素及第三子像素，所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件，其中所述第一光敏元件耦合到第一浮动扩散(FD)节点，且所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到所述第一FD节点的第二转移栅极晶体管，所述第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件，其中所述第三光敏元件耦合到溢流节点；双浮动扩散(DFD)晶体管，其耦合到所述第一FD节点及所述溢流节点；电容器，其耦合到所述DFD晶体管及所述溢流节点，其中所述电容器存储来自所述第三光敏元件的溢出电荷。

[0007] 在本发明的再一方面中，一种检测不闪烁发光二极管(LED)的图像传感器包括：像素阵列，其包含多个像素，所述像素中的每一者包含：多个子像素，其安置于第一半导体裸片上、包含第一子像素及第二子像素，所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散(FD)节点的第一转移栅极晶体管，且所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到所述第一FD节点的第二转移栅极晶体管，更大尺寸的源极随耦器(SF)晶体管，其安置于第二半导体裸片上，所述SF晶体管耦合到所述第一FD节点以从所述第一FD节点输出电荷，以及复位晶体管，其耦合到电源轨及所述第一FD节点，其中所述复位晶体管安置于所述第二半导体裸片上，其中所述第一及所述第二半导体裸片经堆叠以形成堆叠式图像传感器。

[0008] 在本发明的再一方面中，一种检测不闪烁高照明元件的方法包括：由包含多个像素的像素阵列捕获图像帧，所述像素中的每一者包含双浮动扩散(DFD)晶体管、耦合到所述DFD晶体管的电容器及包含第一子像素及多个剩余子像素的多个子像素，其中所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件、用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散(FD)节点的第一转移栅极晶体管及耦合到所述第一光敏元件的第一抗溢出(AB)栅极，其中所述第一AB栅极经偏置泄漏少于所述第一转移栅极晶体管，其中所述剩余子像素包含用于获取剩余图像电荷的剩余光敏元件、用于选择性地分别将所述剩余图像电荷从所述剩余光敏元件转移到剩余浮动扩散(FD)节点的剩余转移栅极晶体管、及分别耦合到所述剩余光敏元件的剩余抗溢出(AB)栅极，其中所述剩余AB栅极经偏置泄漏多于所述剩余转移栅极晶体管，所述双浮动扩散(DFD)晶体管耦合到所述子像素中的每一者中所包含的所述第一FD节点，所述剩余FD节点、所述第一AB栅极、及所述剩余AB栅极；在信号积分期间，将从所述第一光敏元件溢出的电荷存储于所述电容器中，且使所述剩余子像素通过剩余AB栅极溢出到电源轨；以及在积分结束处，读出所述电容器上所存储的所述溢出电荷，且分别读出所述第一图像电荷及所述剩余图像电荷。

[0009] 在本发明的再一方面中，一种检测不闪烁高照明元件的方法包括：由多个子像素捕获多个图像电荷，所述子像素包含第一、第二、第三及第四子像素，其中所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件及用于选择性地将所述第一图像电荷从所述第一光敏元件转移到第一浮动扩散(FD)节点的第一转移栅极晶体管，所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到第二FD节点的第二转移栅极晶体管，所述第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件及用于选择性地将所述第三图像电荷从所述第三光敏元件转移到所述第二FD节点的第三转移栅极晶体管，所述第四子像素包含用于获取第四图像电荷的第四光敏元件及用于选择性地将所述第四图像电荷从所述第四光敏元件转移到所述第二FD节点的第四转移栅极晶体管，其中双浮动扩散(DFD)晶体管耦合到所述第一及所述第二FD节点，在信号积分期间，由耦合到所述第一转移栅极晶体管的电容器存储额外第一图像电荷，其中所述额外第一图像电荷是通过所述第一转移栅极晶体管从所述第一光敏元件泄漏的图像电荷；以及在积分结束处，读出所述第一光敏元件上所存储的所述第一图像电荷及所述电容器上所存储的所述额外第一图像电荷，及通过相关双取样(CDS)读出被分选在一起的所述第二、第三及第四图像电荷。

[0010] 在本发明的再一方面中，一种检测不闪烁高照明元件的方法包括：由包含多个子像素的像素捕获多个图像电荷，所述子像素包含第一、第二子像素及第三子像素，所述第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件，其中所述第一光敏元件耦合到第一浮动扩散(FD)节点，且所述第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件及用于选择性地将所述第二图像电荷从所述第二光敏元件转移到所述第一FD节点的第二转移栅极晶体管，所述第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件，其中所述第三光敏元件耦合到溢流节点，其中双浮动扩散(DFD)晶体管耦合到所述第一FD节点及所述溢流节点，在信号积分期间，由耦合到所述DFD晶体管及所述溢流节点的电容器存储从所述第三光敏元件溢出的电荷；以及在积分结束处，读出所述电容器上所存储的所述溢出电荷，及使用双转换增益(DCG)读出所述第二图像电荷。

附图说明

[0011] 在附图的图式中通过实例且非通过限制说明本发明的实施例，其中相似元件符号指示贯穿各种图的类似元件，除非另外指定。应注意，在本发明中，对本发明的“一”或“一个”实施例的参考不一定是对相同实施例，且其意味着至少一个实施例。在图式中：

[0012] 图1是说明根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的实例成像系统的框图。

[0013] 图2是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0014] 图3是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0015] 图4是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0016] 图5是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0017] 图6是说明根据本发明的一个实施例的图1中的读出电路的细节的框图。

[0018] 图7A到7C是说明根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的方法的流程图。

[0019] 图8是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0020] 图9是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0021] 图10是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0022] 图11是说明根据本发明的一个实施例的信噪比(SNR)与动态范围(按dB)之间的关系及图10中的像素中的增加数目个电容器对信噪比(SNR)的作用的图。

[0023] 图12是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0024] 图13是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0025] 图14是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图2到3中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。

[0026] 对应参考字符指示贯穿图中的若干视图的对应组件。技术人员应了解，为了简化及清楚起见，说明图式中的元件，且所述元件不一定按比例绘制。举例来说，图中的部分元件的尺寸可相对于其它元件被夸大以帮助改进对本发明的各种实施例的理解。此外，通常不描绘在商业可行实施例中有用或必要的常见但好理解的元件，以便促进对本发明的这些各种实施例的更清楚理解。

具体实施方式

[0027] 在以下描述中，阐述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，应理解，可在无需这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其它实例中，未展示众所周知的电路、结构及技术以避免混淆对本描述的理解。

[0028] 贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在各个地方的出现并不一定都指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合于一或多个实施例中。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能性的其它合适的组件中。

[0029] 图1是说明根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的实例成像系统100的框图。成像系统100可为互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器。如图1中所描绘的实例中所展示，成像系统100包含耦合到控制电路120及读出电路110的像素阵列105，读出电路110耦合到功能逻辑115及逻辑控制108。

[0030] 所说明的像素阵列105的实施例是成像传感器或像素单元(例如，像素单元P1、P2、…、Pn)的二维(“2D”)阵列。在一个实例中，每一像素单元是CMOS成像像素。如所说明，每一像素单元被布置成行(举例来说，行R1到Ry)及列(举例来说，列C1到Cx)以获取人、位置或物体等等的图像数据，接着可使用所述图像数据来呈现所述人、位置或物体等等的图像。若干彩色成像像素可包含于图像传感器的有源区域(例如，像素阵列105)中，例如红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)成像像素。举例来说，像素阵列105可包含被布置成拜耳图案的四个彩色成像像素(例如，一个红色(R)、一个绿色(G)、及一个蓝色(B))。根据本发明的教示，可将其它彩色成像像素及其它彩色图案实施到像素阵列105中。举例来说，每一像素单元(例如，像素单元P1、P2、…、Pn)可包含多个子像素，其分别包含多个光敏元件(例如，光电二极管)及多个转移栅极晶体管。像素单元中的子像素中的每一者可包含相同彩色成像像素(参看图2)，或像素单元中的子像素中的一者可包含彩色成像像素，且像素单元中的剩余子像素可包含透明彩色成像像素(参见图3)。

[0031] 在一个实例中，在每一像素已获取其图像数据或图像电荷后，由读出电路110通过读出列位线109读出所述图像数据且接着将其转移到功能逻辑115。在一个实施例中，逻辑电路108可控制读出电路110，并将图像数据输出到功能逻辑115。在各种实例中，读出电路110可包含放大电路(未说明)、包含模/数转换(ADC)电路220(如图6中所说明)的列读出电路210、或其它电路。功能逻辑115可仅存储所述图像数据及/或甚至通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、消除红眼、调整亮度、调整对比度、或其它)操纵所述图像数据。在一个实施例中，成像系统100中的功能逻辑115可周期性地执行LED检测或其它高照明装置或元件的检测。在一个实例中，读出电路110可沿着读出列线(已说明)一次读出一行图像数据，或可使用例如串行读出或全并行同时读出所有像素的多种其它技术(未说明)读出图像数据。

[0032] 在一个实例中，控制电路120耦合到像素阵列105以控制像素阵列105的操作特性。举例来说，控制电路120可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是用于同时启用像素阵列105内的所有像素以在单个采集窗期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，快门信号是滚动快门信号，使得在连续采集窗期间循序启用每一行、列或像素群组。快门信号还可创建曝光时间，其是快门保持打开的时间长度。在一个实施例中，对于帧中的每一者，曝光时间被设置为相同的。

[0033] 在另一实例中，控制电路120可包括水平及垂直扫描电路，其选择待读出的像素的行及/或列。扫描电路可包含选择电路(例如，多路复用器)等等，以沿着读出列位线109一次读出一行或一列图像数据，或可使用例如串行读出或全并行同时读出所有像素的多种其它技术读出图像数据。当扫描电路选择像素阵列105中的像素时，像素将入射到像素的光转换成信号，且将信号输出到列读出电路210。列读出电路210可从扫描电路或像素阵列105接收信号。

[0034] 参考图6，说明根据本发明的一个实施例的图1中的读出电路110的细节的框图。读出电路110包含列读出电路210，其包含ADC电路220。虽然未说明，但在一些实施例中，多个列读出电路210可包含于读出电路110中。还应理解，对于像素阵列105中的每一列，列读出电路210可类似。ADC电路220可为双斜坡ADC或其它类型的列ADC(即，SAR、循环的、等等)。ADC电路220可将来自像素阵列105的图像数据信号中的每一者从模拟转换成数字。

[0035] 图2是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列105中的像素的框图。虽然本文的实施例被描述成检测LED，但应理解，也可实施实施例来检测其它高照明元件或装置。为了解决有用信息从饱和像素溢流及丢失的问题，在图2中使用与LOFIC及选择性抗溢出组合的子像素传感器。如图2中所展示，像素阵列105中的像素中的每一者包含多个子像素。子像素分别包含光敏元件PD1到PDn(n>1)、转移栅极晶体管TX1到TXn及抗溢出(AB)栅极AB1到ABn。在此实施例中，每一像素包含四个子像素(例如，n＝4)。每一光敏元件PD1到PDn获取图像电荷。每一转移栅极晶体管TX1到TXn选择性地将相应图像电荷从光敏元件PD1到PDn转移到相应浮动扩散(FD)节点。每一抗溢出(AB)栅极AB1到ABn耦合到相应光敏元件PD1到PDn。举例来说，第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件PD1、选择性地将第一图像电荷从第一光敏元件PD1转移到第一FD节点的第一转移栅极晶体管TX1、及耦合到第一光敏元件PD1的第一AB栅极AB1；且第二子像素包含获取第二图像电荷的第二光敏元件PD2、选择性地将第二图像电荷从第二光敏元件PD2转移到第二FD节点的第二转移栅极晶体管TX2、及耦合到第二光敏元件PD2的第二AB栅极AB2。如图2中所展示，每一像素还包含耦合到FD节点的双浮动扩散(DFD)晶体管，及耦合到DFD晶体管的电容器C。电容器C可为横向溢流积分电容器(LOFIC)。在一个实施例中，DFD晶体管还耦合到AB栅极AB1到ABn。

[0036] 在像素晶体管区域内，图2中的每一像素包含源极随耦器晶体管SF、行选择晶体管RS及复位晶体管RST。晶体管中的每一者(例如，源极随耦器晶体管SF、行选择晶体管RS及复位晶体管RST)包含栅极及经掺杂区域(即，漏极及源极)。

[0037] 参考图14，进一步说明根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图2中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。如图14中所展示，FD1到FD4经由转移栅极晶体管TX1到TX4耦合到AB1到AB4。在第一光电二极管PD1的读出操作期间，转移栅极TX1接收转移信号，这致使光电二极管PD1中所积累的电荷转移到第一FD节点。在一个实施例中，分别耦合到转移栅极晶体管TX1到TX4的FD节点(例如，第一到第四节点)包含于共享浮动扩撒区域FD中。在一个实施例中，AB栅极AB1到ABn经由转移栅极晶体管TX1到TX4还耦合到共享浮动扩散区域FD。

[0038] 复位晶体管RST经耦合以在复位晶体管RST的栅极处接收到的复位信号的控制下复位(例如，将FD放电或充电到预设电压)。FD节点耦合到源极随耦器晶体管SF的栅极。源极随耦器晶体管SF操作作为提供来自相关联FD节点的高阻抗输出的源极随耦器。最终，行选择晶体管RS在接收到的行选择信号的控制下选择性地将像素中的像素电路的输出耦合到列位线连接。

[0039] 共享源极随耦器电压供应器连接、列位线连接及共享复位电压供应器连接也包含于像素晶体管区域中。在一个实施例中，连接是用于与在若干像素中载送其相应信号的金属布线连接的金属垫。

[0040] 在一个实施例中，第一AB栅极AB1经偏置以泄漏少于第一转移栅极晶体管TX1，且剩余AB栅极AB2到AB4经偏置以泄露多于对应转移栅极晶体管TX2到TX4。因此，在信号积分期间，所有转移栅极晶体管TX1到TX4切断，且具有较小泄漏AB栅极AB1的第一子像素将在第一光敏元件PD1充满或饱和之后溢出到浮动漏极(例如，DFD晶体管)中。换句话来说，DFD晶体管经由第一转移栅极晶体管TX1选择性地耦合到第一AB栅极AB1，且电容器C存储从第一光敏元件溢出的电荷。可将电容器C实施为MOS电容器、金属绝缘体金属(MIM)电容器或电容器类型的组合。包含泄漏多于对应转移栅极晶体管TX2到TX4的AB栅极AB2到AB4的剩余子像素将通过AB栅极AB2到AB4溢出到电源轨VDD。因此动态范围增加了等于像素中的子像素的数目的因子。

[0041] 在积分结束处，使用三晶体管(3T)时序读出电容器C上所存储的溢出电荷，且随后使用四晶体管(4T)时序分别读出来自光敏元件PD1到PD4的第一、第二、第三及第四图像电荷作为光敏元件信号。子像素的多个转移栅极晶体管TX1到TXn可一起接通以实现FD电荷分选，或可使用子像素的差分积分单独转移以实现高动态范围(HDR)。

[0042] 图3是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。为了解决有用信息从饱和像素溢流及丢失的问题，在图3中使用与LOFIC及选择性抗溢出(其进一步与RGBC图案组合)组合的子像素传感器。因此，图2中所论述的实施例可进一步与图3中的子像素红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及透明(C)彩色图案组合。如图3中所展示，像素中的子像素中的一者保留正常拜耳彩色图案，而使用透明彩色滤光片取代其它剩余子像素(例如，剩余三个子像素)以增加低光灵敏度。在图3中，每一像素中的第一光敏元件PD1包含拜耳彩色图案，而第二、第三及第四光敏元件PD2到PD4包含透明彩色滤光片。

[0043] 类似于图2中的实施例，在图3中，第一AB栅极AB1经偏置泄漏少于第一转移栅极晶体管TX1，且剩余AB栅极AB2到AB4经偏置以泄漏多于对应转移栅极晶体管TX2到TX4。参考图14，说明根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图2及3中的成像系统中的像素阵列中的像素的细节的框图。因此，具有RGB彩色滤光片的子像素是具有泄漏少于对应转移栅极晶体管TX1的AB栅极AB1的一个子像素。在信号积分期间，所有转移栅极晶体管TX1到TX4切断，且具有较少泄漏的AB栅极AB1的第一子像素将在第一光敏元件PD1充满或饱和之后溢出到浮动漏极(例如，DFD晶体管)中。换句话来说，DFD晶体管经由第一转移栅极晶体管TX1选择性地耦合到第一AB栅极AB1，且电容器C存储从第一光敏元件溢出的电荷。因此，RGB子像素中的任何额外电荷将溢出到浮动漏极中且被存储于LOFIC上。也可将图3中的电容器C实施为MOS电容器、MIM电容器或电容器类型的组合。包含泄漏多于对应转移栅极晶体管TX2到TX4的AB栅极AB2到AB4的剩余子像素将通过AB栅极AB2到AB4溢出到电压轨VDD。因此动态范围增加了等于像素中的子像素的数目的因子。

[0044] 类似于图2中的实施例，在图3中，在积分结束处，使用3T时序读出电容器C上所存储的溢出电荷，且随后使用4T时序分别读出来自光敏元件PD1到PD4的第一、第二、第三及第四图像电荷作为光敏元件信号。因此，将单独从透明子像素读出RBG子像素。可一起接通透明子像素的多个转移栅极晶体管TX2到TX4以实现FD电荷分选，或可使用子像素的差分积分单独转移以实现HDR。RGB子像素信号及透明子像素信号可在图像信号处理(ISP)中被组合以生成最终图像电荷。

[0045] 图4是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。在此实施例中，使用与LOFIC及选择性抗溢出组合的子像素传感器以解决有用信息从饱和像素溢流及丢失的问题，而无需专用AB装置。在图4中，每一像素的像素电路包含四个光敏元件(PD1到PD4)、四个转移晶体管(TX1到TX4)、电容器C(或CLOFIC)、DFD晶体管、复位晶体管RST、源极随耦器晶体管SF及行选择晶体管RS。在第一光电二极管PD1的读出操作期间，转移晶体管TX1接收转移信号，这致使转移晶体管TX1将光电二极管PD1中所积累的电荷转移到FD节点FD1。在此实施例中，子像素中的每一者包含一个光敏元件PD1到PD4及一个转移晶体管TX1到TX4。

[0046] 复位晶体管RST耦合于复位电压供应器VRFD(或电源轨VDD)与FD节点FD1之间以在复位信号的控制下复位(例如，将FD节点FD1放电或充电到预设电压)。如图4中所展示，FD节点FD1、FD2及FD3可为同一节点。FD节点FD1耦合到源极随耦器晶体管SF的栅极。源极随耦器晶体管SF耦合于源极随耦器电压供应器SFVDD(或电压源VDD)与行选择晶体管RS之间。源极随耦器晶体管SF操作作为提供来自FD节点FD1的高阻抗输出的源极随耦器。最终，行选择晶体管RS在行选择信号的控制下选择性地将像素电路的输出耦合到列位线。在一个实施例中，转移信号、复位信号及行选择信号由控制电路120产生。转移信号、复位信号、行选择信号、源极随耦器电压供应器SFVDD、复位电压供应器VRFD及接地可通过图像传感器中所包含的金属互连层(即，布线)在像素电路中布线。

[0047] 在图4中，顶部光敏元件PD4用于LED检测。光敏元件PD4获取第四图像电荷，且转移晶体管TX4选择性地将第四图像电荷从第四光敏元件PD4转移到第四FD节点。DFD晶体管及电容器C耦合到第四FD节点FD4。因此，在信号积分期间，电容器C存储通过第四转移栅极晶体管TX4从第四光敏元件PD4泄漏的额外图像电荷。当电容器C归因于远光饱和时，第四光敏元件PD4及饱和电容器C的抗溢出路径穿过DFD晶体管及复位晶体管RST。剩余光电二极管PD1到PD3具有通过剩余转移栅极晶体管TX1到TX3及复位晶体管RST的抗溢出路径。

[0048] 在信号积分结束处，可使用伪相关双取样(伪CDS)3T时序读出第四光敏元件PD4上所存储的图像电荷及电容器C上所存储的额外第一图像电荷，且可使用相关双取样(CDS)读出被分选在一起的光敏元件PD1到PD3上的图像电荷。在一个实施例中，可三次读出图像电荷：第一次，读出第四光敏元件PD4上的第四图像电荷及电容器C上所存储的额外图像电荷；第二次，接着读出被分选在一起的来自光敏元件PD1到PD3的图像电荷(例如，高CG)；及第三次，接着读出被分选在一起的来自光敏元件PD1到PD3的图像电荷及电容器C上所存储的额外图像电荷(例如，低CG)。

[0049] 在一些实施例中，省略第四转移栅极晶体管TX4，使有可能减小光敏元件PD4的尺寸及灵敏度，且因此增大动态范围。

[0050] 如图8中所展示，其说明根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图，如图4中所描述的像素布局无需是2×2对称的。代替地，在图8中的实施例中，像素布局可经一般化成分裂二极管像素，例如取代图4中的光敏元件PD1到PD3的一个大光敏元件PD1-3、及一个小光敏元件PD4，其中小光敏元件PD4耦合到电容器C。

[0051] 图5是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。在此实施例中，使用与LOFIC及选择性抗溢出组合的子像素传感器以解决有用信息从饱和像素溢流及丢失的问题，而无需专用AB装置。与图4中的实施例对比，省略第四转移晶体管TX4，且FD光敏元件耦合到浮动节点FD1-3。类似于图8中的实施例，像素电路包含一个大光敏元件PD1-3及耦合到电容器C的一个小光敏元件PD4。小光敏元件PD4及一个大光敏元件PD1-3的差分积分进一步延伸图像传感器的动态范围。光敏元件PD4与光敏元件PD1-3的积分时间可不同。在一个实施例中，小光敏元件PD4的曝光时间是小光敏元件PD4的积分时间与一个大光敏元件PD1-3的积分时间的总和，而一个大光敏元件PD1-3的曝光时间是一个大光敏元件PD1-3的积分时间与3T读出时间的总和。

[0052] 在图5中，在信号积分期间，从小光敏元件PD4溢出的电荷由耦合到DFD晶体管及溢流节点(例如，FD4)的电容器C存储，且在积分结束时，使用伪CDS 3T时序读出电容器C上所存储的溢出电荷，且使用双转换增益(DCG)读出来自一个大光敏元件PD1-3的图像电荷。在此实施例中，为了执行DCG读出，首先，经由RST晶体管复位FD。DFD晶体管经接通以取样低转换增益(LCG)复位。接着，DFD晶体管经切断以取样高转换增益(HCG)复位。在DFD晶体管保持切断时光敏元件PD1-3上的图像电荷转移到位线，从而取样HCG信号，接着，DFD晶体管接通，且稍后在DFD晶体管保持接通时转移来自光敏元件PD1-3的残余电荷，从而取样LCG信号。最终，HCG与LCG CDS两者完成，而不会破坏PD1-3中积累的总信号。

[0053] 此外，可将本发明的以下实施例描述为一过程，通常将其描绘为流程、流程图、结构图或框图。尽管流程图可将操作描述为顺序过程，但可并行或同时执行操作中的许多者。另外，可重新布置操作的顺序。过程在其操作完成时终止。过程可对应于方法、程序等等。

[0054] 图7A到7C是说明根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的方法的流程图。

[0055] 图7A可为使用图2中的实施例中的图像传感器实施的方法。方法710以使用包含多个像素的像素阵列捕获图像帧(框711)开始。像素中的每一者包含DFD晶体管、耦合到DFD晶体管的电容器、包含第一子像素及多个剩余子像素的多个子像素。第一子像素可包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件、用于选择性地将第一图像电荷从第一光敏元件转移到第一浮动溃散(FD)节点的第一转移栅极晶体管、及耦合到第一光敏元件的第一抗溢出(AB)栅极。第一AB栅极可经偏置以泄漏少于第一转移栅极晶体管。剩余子像素可包含用于获取剩余图像电荷的剩余光敏元件、用于分别选择性地将剩余图像电荷从剩余光敏元件转移到剩余浮动扩散(FD)节点的剩余转移栅极晶体管、及分别耦合到剩余光敏元件的剩余抗溢出(AB)栅极。剩余AB栅极可经偏置以泄漏多于剩余转移栅极晶体管。DFD晶体管可耦合到子像素中的每一者中所包含的第一FD节点、剩余FD节点、第一AB栅极及剩余AB栅极。在一个实施例中，像素阵列可被布置成如图3中所展示的拜耳彩色图案，第一光敏元件包含彩色滤光片，且剩余光敏元件包含透明彩色滤光片。在此实施例中，来自第一子像素的信号在图像传感器处理(ISP)中与来自剩余子像素的信号组合以生成最终图像。在此实施例中，来自第一子像素的信号是RGB彩色信号，且来自剩余子像素的信号是透明彩色信号。在框712处，在信号积分期间，电容器存储来自第一光敏元件的溢出电荷，且剩余子像素通过剩余AB栅极溢出到电源轨。可一起接通或在单独的时间接通第一转移栅极晶体管及剩余转移栅极晶体管。在框713处，在积分结束处，读出电容器上所存储的溢出电荷，且分别读出第一图像电荷及剩余图像电荷。在一些实施例中，在积分结束处，使用三晶体管(3T)时序读出电容器上所存储的溢出电荷，同时使用四晶体管(4T)时序分别读出第一图像电荷及剩余图像电荷。

[0056] 图7B可为使用图4中的实施例中的图像传感器实施的方法。方法720以在框721处使用多个子像素捕获多个图像电荷开始。子像素可包含第一、第二、第三及第四子像素。第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件、及用于选择性地将第一图像电荷从第一光敏元件转移到第一浮动扩散(FD)节点的第一转移栅极晶体管。第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件、及用于选择性地将第二图像电荷从第二光敏元件转移到第二FD节点的第二转移栅极晶体管。第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件、及用于选择性地将第三图像电荷从第三光敏元件转移到第二FD节点的第三转移栅极晶体管。第四子像素包含用于获取第四图像电荷的第四光敏元件、及用于选择性地将第四图像电荷从第四光敏元件转移到第二FD节点的第四转移栅极晶体管。DFD晶体管可耦合到第一及第二FD节点。

[0057] 在框722处，在信号积分期间，耦合到第一转移栅极晶体管的电容器存储额外第一图像电荷。额外第一图像电荷是通过第一转移栅极晶体管从第一光敏元件泄漏的图像电荷。

[0058] 在框723处，在积分结束处，使用3T时序读出第一光敏元件上所存储的第一图像电荷及电容器上所存储的额外第一图像电荷，且通过相关双取样(CDS)读出被分选在一起的第二、第三及第四图像电荷。在一个实施例中，通过相关双取样(CDS)读出可包含读出被分选在一起的第二、第三及第四图像电荷，及读出被分选在一起的第二、第三及第四图像电荷以及额外第一图像电荷。在一个实施例中，如果电容器饱和，那么DFD晶体管及耦合到电源轨及第二FD节点的复位晶体管为第一光敏元件提供抗溢出路径，且第二、第三及第四转移栅极晶体管及复位晶体管为第二、第三及第四光敏元件提供抗溢出路径。

[0059] 图7C可为使用图5中的实施例中的图像传感器实施的方法。方法730以在框731处使用包含多个子像素的像素捕获多个图像电荷开始。子像素可包含第一、第二子像素及第三子像素。在一个实施例中，第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件。第一光敏元件耦合到第一浮动扩散(FD)节点。第二子像素包含用于获取第二图像电荷的第二光敏元件、及用于选择性地将第二图像电荷从第二光敏元件转移到第一FD节点的第二转移栅极晶体管。第三子像素包含用于获取第三图像电荷的第三光敏元件。第三光敏元件可耦合到溢流节点。在一个实施例中，第二光敏元件与第三光敏元件的积分时间不同。在一个实施例中，DFD晶体管耦合到第一FD节点及溢流节点。在框732处，在信号积分期间，从第三光敏元件溢出的电荷由耦合到DFD晶体管及溢流节点的电容器存储。在框733处，在积分结束处，使用伪CDS 3T时序读出电容器上所存储的溢出电荷，且使用双转换增益(DCG)读出第二图像电荷。

[0060] 图9是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。对于HDR应用，为了解决有用信息从饱和像素溢流及丢失的问题，包含图9中的像素阵列及ADC电路的图像传感器使用包含传感器芯片(或顶部晶片)及堆叠芯片(或载体晶片或底部晶片)的混合堆叠芯片。类似于图8中的实施例，像素电路包含一个大光敏元件PD1-3及耦合到电容器C的一个小光敏元件PD4。小光敏元件PD4及一个大光敏元件PD1-3的差分积分进一步延伸图像传感器的动态范围。光敏元件PD4及光敏元件PD1-3的积分时间可不同。

[0061] 在此实施例中，包含光敏元件PD1-3及PD4及转移栅极晶体管TX1-3及TX4、DFD晶体管、SF晶体管及复位晶体管的子像素安置于第一半导体裸片(例如，传感器芯片)上，且电容器C(或CLOFIC1)安置于第二半导体裸片(例如，堆叠芯片)上。第一与第二半导体裸片经堆叠及耦合以形成堆叠式图像传感器。在一个实施例中，堆叠芯片包含用于3T读出的电容器C(或积分电容器)。在一些实施例中，可使用不同可能的金属氧化物导体电容器(MOSCAP)设计的低成本电容器作为电容器C。在一个实施例中，用于小光敏元件PD4的读出是3T滚动快门读出。在一个实施例中，大光敏元件PD1-3读出是4T滚动快门读出高CG，具有抗溢出栅极、具有非常低的满井及非常低的暗电流。低通差异(LPD)抗溢出栅极可任选地用于对应于处于高光下的大光敏元件PD1-3的像素电路中。

[0062] 图10是根据本发明的一个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。类似于图9中的实施例，在图10中，使用堆叠芯片。然而，代替单个电容器，多个溢流电容器包含于图10的实施例中的堆叠芯片的载体晶片上。虽然图10包含具有光敏元件PD1及转移栅极晶体管TX1的单个子像素，但应理解，图10中的实施例可包含如本文所论述的多个子像素。因此，像素阵列105中的像素中的每一者可包含安置于第一半导体裸片(例如，传感器芯片)上的多个子像素。

[0063] 在图10中，传感器芯片上所包含的第一子像素包含用于获取第一图像电荷的第一光敏元件PD1、及用于选择性地将第一图像电荷从第一光敏元件PD1转移到耦合到第一双浮动扩散(DFD)晶体管的第一浮动扩散(FD)节点的第一转移栅极晶体管TX1。第一DFD晶体管安置于第一半导体裸片(例如，传感器芯片)上。第一电容器CLOFIC1耦合到第一DFD晶体管DFD及第二DFD晶体管DFD1，且第二电容器CLOFIC2耦合到第二DFD晶体管DFD1。第一电容器CLOFIC1、第二电容器CLOFIC2及第二DFD晶体管DFD1安置于第二半导体裸片(例如，堆叠芯片)上。第一与第二半导体裸片经堆叠及耦合以形成堆叠式图像传感器。此外，如图10中所展示，多个DFD晶体管与电容器CLOFIC经耦合及包含于堆叠芯片中。图10中的实施例的读出序列可包含针对最暗信号电平以4T读出在第一FD节点处读出、针对比第一FD节点的信号电平更高的信号电平读出第一电容器CLOFIC1(例如，从光敏元件PD1溢流)、及针对比第一电容器CLOFIC1的信号电平更高的信号电平读出第二电容器CLOFIC2，等等。

[0064] 通过在载体芯片上使用多个电容器，增大图像传感器的线性动态范围且改进HDR。参考图11，展示说明根据本发明的一个实施例的信噪比(SNR)与动态范围(按dB)之间的关系及图10中的像素中的增加数目个电容器对信噪比(SNR)的作用的图。从图11，当使用单个电容器时，SNR下降较大。通过在堆叠式芯片的载体芯片上使用多个电容器，SNR下降较小且被分散。

[0065] 图12到13是根据本发明的两个实施例的检测不闪烁LED的图1中的成像系统中的像素阵列中的像素的框图。在图12到13中的实施例中，将图像传感器实施为堆叠式芯片。具体来说，图像传感器包含具有针对低噪声的混合接合的有源源极随耦器堆叠像素。

[0066] 参考图12到13，多个子像素安置于第一半导体裸片(例如，顶部晶片或传感器芯片)上。虽然在图12到13中所说明的子像素是单个像素中所包含的子像素，但应理解，顶部晶片可包含来自像素阵列105中所包含的多个像素的子像素。

[0067] 如图12到13中所展示，子像素中的每一者包含用于分别获取图像电荷的光敏元件PD1到PD4、及用于选择性地将相应图像电荷从光敏元件PD1到PD4转移到浮动扩散(FD)节点的转移栅极晶体管TX1到TXn。在图12到13中，FD节点是共享浮动扩散节点或区域。FD节点经由混合接合耦合到安置于第二半导体裸片(例如，底部晶片)上的更大尺寸源极随耦器(SF)晶体管。CFD(例如，1fF)是接合垫处的寄生电容。安置于第二半导体裸片上的复位晶体管RST进一步耦合到电源轨及第一FD节点。在一些实施例中，第二半导体裸片(或底部晶片)包含低CG电容器。在一个实施例中，SF晶体管及行选择晶体管RS包含于像素电路中，而读出电路120中所包含的列电路包含如图12到13中所说明的差分放大器的另一半。可实施更大尺寸的有源SF晶体管，且其提供更多单位增益(Av)及更低输入电容(CIN)(例如，CIN＝(1-Av)CSF)。如图12到13中所展示，连接线将SF晶体管的主体耦合到行选择晶体管RS的源极。此连接线可使SF晶体管的衬底接地以减小主体效应。因此，图12到13中的实施例使用小浮动扩散FD电容器(CFD)维持高CG。

[0068] 第一与第二半导体裸片经堆叠及耦合以形成堆叠式图像传感器。在一个实施例中，SF晶体管是大尺寸。例如，对于1.4μm×4共享及2.8μm间距，SF晶体管的宽度及长度可在0.5μm×0.5μm到2.4μm×2.4μm之间。对于1.1μm×4共享及2.2μm间距，SF晶体管的宽度及长度可在0.3μm×0.3μm到1.8μm×1.8μm之间。

[0069] 在图12中的实施例中，多个电容器C1到C3及多个DFD晶体管也可安置于第二半导体裸片上。如图12中所展示，第一双浮动扩散(DFD)晶体管DFD0耦合到FD节点，第二DFD晶体管DFD1耦合到第一DFD晶体管DFD0，且第三DFD晶体管DFD2耦合到第二DFD晶体管DFD1。第一电容器C1耦合到第一DFD晶体管DFD0及第二DFD晶体管DFD1，第二电容器C2耦合到第二DFD晶体管DFD1及第三DFD晶体管DFD2，且第三电容器C3耦合到第三DFD晶体管DFD2。在一些实施例中，第一电容器C1、第二电容器C2及第三电容器C3可分别是8fF、16fF、32fF。

[0070] 依据计算机软件及硬件描述上文解释的过程。所描述的技术可构成体现于机器(例如，计算机)可读存储媒体内的机器可执行指令，当由机器执行所述指令时，将致使机器执行所描述的操作。另外，所述过程可体现于硬件内，例如专用集成电路(“ASIC”)或类似物。

[0071] 本发明的所说明实例的上文描述(包含摘要中所描述的内容)不希望是详尽的或不应限制于所揭示的精确形式。虽然本文出于说明的目的描述本发明的特定实施例及实例，但多种等效修改是可能的而不会背离本发明的更广精神及范围。

[0072] 鉴于上文详细描述，可对本发明的实例做出这些修改。不应将所附权利要求书中所使用的术语解释为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。事实上，本发明的范围将完全由所附权利要求书确定，所述权利要求书应根据权利要求解译释的公认原则来解释。因此，应将本说明书及图式认为是说明性的而非限制性的。