像素尺寸缩小引起的另一个问题是动态范围的减小。图像传感器的动态范围是指在同一图像中的检测强光和弱光细节的能力。在数值上,动态范围可以定义为能检测到的最大的信号(饱和水平)和最小信号(暗光条件下的噪底)。随着像素尺寸的减小,可存储在像素中的电荷量也随之减少,所以动态范围也将减小。

N0910YS160

   现在,文献中提出了几种潜在的解决方案。首先在产品中应用的一个技术是双重(或多重)曝光。每一幅图像都是由两个(或更多)全分辨率曝光组成:一个短曝光捕捉亮光条件下的细节,一个长曝光捕捉暗光条件下的细节。尽管这种技术存在运动伪影,但它很容易实现,因为不需要对像素的设计或布局做任何 改变。

   另一种方案是所谓的LoΠC像素设计:像素电容局部溢出。此种像素通过添加一个额外的电容气扩展了其电荷处理电容,此原理如图7,11所示[24]。通常情况下,光子转换发生在钉扎光敏二极管内,但在强光人射的情况下,该光敏二极管将饱和,电子由传输晶体管IlX溢出到悬浮扩散电容CFIl。如果电容器完全被“充满”,进一步的溢出将经过TS晶体管而发生在Cs电容上。在曝光结束后,存储在气和CFIl中的电荷先被读出电路所读出。接下来悬浮扩散电容被重置,钉扎光敏二极管的电荷被转移和读出。因此,一个完整的读出周期是由两个读周期组成的。额外的电容器在图像捕获的模式时作为辅助的存储电容器,在信号读出模式时作为辅助的电容器。LOΠC像素可以将动态范围增加ωdB。LOFIC像素的概念很好地说明了CMOS图像传感器相比于CCD成像器有一巨大的优势:集成辅助电路的能力,甚至在像素中集成辅助电路。这种解决方案在CCD中是不可能存在的。