增大像素灵敏度和动态范围的方法和装置与流程
背景技术：
图像捕获设备中使用的图像传感器通常与图像传感器从图像传感器所观看的场景接收到的光强度成比例地产生电荷。低环境光场景需要图像传感器具有低噪声和低电容的部件以提供高灵敏度。替代地，明亮环境光场景需要图像传感器具有较高电容的部件，以便存储生成的电荷。这些相互竞争的电容要求已经导致图像捕获设备的开发通常被优化为明亮环境光场景或低环境光场景。
附图说明
下面参考附图来讨论至少一个实施例的各个方面，附图不是按比例绘制的。附图中包括提供对各种方式和实施例的说明和进一步理解，并且附图被并入并构成本说明书的一部分，但不旨在作为对本发明范围的限定。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，并非在每个图中都标记每个部件。
图1为示出根据本发明的各个方面的图像捕获设备的框图。
图2为根据本发明的各个方面的高动态范围单元结构(unitcell)的电路图。
技术实现要素：
本发明的各方面和实施例涉及具有比标准混合(hybrid)单元结构小的像素尺寸(例如，诸如4微米及4微米以下等)的高动态范围单元结构。通过利用单元结构中的部件用于多种功能，提供了高动态范围单元结构。例如，金属氧化物半导体电容器(moscap)同时被用作高灵敏度抗光晕栅极(anti-bloominggate)和用于增大的阱电容(well-capacity)的低灵敏度电容器。通过利用moscap作为存储电容器和抗光晕栅极(即，在低环境光情况下和高环境光情况下)，可以去除来自标准混合单元结构的抗光晕开关之一，从而允许减小单元结构的尺寸，同时在低环境光和高环境光情况下都仍然提供准确的与光强度相关的信号。
本文描述的至少一个方面涉及一种单元结构，包括：光电二极管，被配置为耦接到电源电压；moscap，具有耦接到所述光电二极管的输入节点；复位开关，选择性地耦接在moscap和复位电压之间；以及晶体管，耦接到所述moscap的输入节点；其中，在所述单元结构的第一操作模式中，复位开关被配置为处于断开状态，并且，响应于在所述输入节点处的小于阈值电压的电压，由入射到所述光电二极管上的光产生的电荷累积在所述moscap的所述输入节点处；其中，在所述单元结构的第二操作模式中，所述复位开关被配置为处于所述断开状态，并且，响应于在所述输入节点处的所述电压大于所述阈值电压，由入射到所述光电二极管上的所述光产生的所述电荷而累积在所述moscap上。
根据一个实施例，所述单元结构还包括：输出；以及输出开关，选择性地耦接在所述晶体管和所述输出之间；其中，在所述单元结构的第三操作模式中，所述输出开关被配置为将所述输出耦接到所述晶体管，所述复位开关被配置为处于断开状态，以及将对应于在所述moscap的所述输入节点处累积的所述电荷的高灵敏度信号提供给所述输出。在另一实施例中，在所述单元结构的第四操作模式中，所述输出开关被配置为将所述输出耦接到所述晶体管，所述复位开关被配置为处于所述断开状态，以及将对应于在所述moscap上累积的所述电荷的低灵敏度信号提供给所述输出。
根据另一实施例，所述单元结构还包括moscap栅极偏置控制模块，所述moscap栅极偏置控制模块耦接到所述moscap并且配置为向所述moscap提供moscap栅极偏置电压信号以控制所述阈值电压的电平。在一实施例中，所述复位开关为晶体管。在另一实施例中，所述单元结构还包括复位开关栅极偏置控制模块，所述复位开关栅极偏置控制模块耦接到所述复位开关并且配置为向所述复位开关提供复位开关栅极偏置电压信号以控制所述复位开关的操作状态。在一实施例中，在所述单元结构的第五操作模式中，所述复位开关被配置为将所述moscap耦接到所述复位电压，并且累积在所述moscap上的电荷被放电。
本文描述的另一个方面涉及一种用于操作单元结构的方法，所述单元结构包括：光电二极管；moscap，具有耦接到所述光电二极管的输入节点；复位开关，选择性地耦接在所述moscap和复位电压之间；晶体管，耦接到所述输入节点；以及输出开关，选择性地耦接在所述晶体管和输出之间；所述方法包括：将所述复位开关配置为用于所述单元结构的第一操作模式和第二操作模式的断开状态；将所述输出开关配置为用于第一操作模式和第二操作模式的断开状态；响应于入射到所述光电二极管上的光产生电荷；在第一操作模式中响应于在所述输入节点处的电压小于阈值电压，在moscap的所述输入节点处存储所述电荷；在第二操作模式中响应于在所述输入节点处的所述电压大于阈值电压，在moscap上存储所述电荷。
根据一个实施例，所述方法还包括：将所述复位开关配置为用于所述单元结构的第三操作模式的所述断开状态；使用用于所述第三操作模式的所述输出开关将所述输出耦接到所述晶体管；以及在第三操作模式中，从所述输出读出存储在所述moscap的所述输入节点处的所述电荷以作为高灵敏度信号。在另一实施例中，所述方法还包括：将所述复位开关配置为用于所述单元结构的第四操作模式的所述断开状态；使用用于所述第四操作模式的所述输出开关将所述输出耦接到所述晶体管；以及在第四操作模式中，从所述输出中读出存储在所述moscap上的所述电荷以作为低灵敏度信号。
根据另一实施例，所述方法还包括：确定所述低灵敏度信号和所述高灵敏度信号中的哪一个准确地表示入射到所述光电二极管上的所述光的强度；以及利用所述低灵敏度信号和所述高灵敏度信号中的所述一个来生成图像的像素。
根据一个实施例，所述确定包括：将所述高灵敏度信号与高灵敏度信号阈值进行比较；响应于确定所述高灵敏度信号小于所述高灵敏度信号阈值，将所述高灵敏度信号识别为入射到所述光电二极管上的所述光的所述强度的准确表示；和响应于确定所述高灵敏度信号大于所述高灵敏度信号阈值，将所述低灵敏度信号识别为入射到所述光电二极管上的所述光的所述强度的准确表示。在另一实施例中，确定包括：在一段时间内记录多个所述高灵敏度信号；基于所述多个高灵敏度信号产生高灵敏度信号曲线；分析所述高灵敏度信号曲线的斜率；响应于确定所述高灵敏度信号曲线为线性的，将所述高灵敏度信号识别为入射到光电二极管上的光的强度的准确表示；以及响应于确定所述高灵敏度信号曲线是非线性的，将所述低灵敏度信号识别为入射到所述光电二极管上的所述光的强度的准确表示。
根据另一实施例，所述方法还包括：使用用于所述单元结构的第五操作模式的所述复位开关将所述moscap耦接到所述复位电压；以及在第五种操作模式中，对存储在所述moscap上的电荷进行放电。在一实施例中，所述方法还包括向所述moscap提供moscap栅极偏置电压信号以控制所述阈值电压的电平。
本文描述的一个方面涉及一种图像传感器，包括：图像处理单元；以及多个单元结构，耦接到所述图像处理单元并且被配置为阵列；每个单元结构包括：光电二极管，耦接到电源电压的；moscap，具有耦接到所述光电二极管的输入节点；复位开关，选择性地耦接在moscap和复位电压之间；以及晶体管，耦接到所述moscap的输入节点；其中，在每个单元结构的第一操作模式中，复位开关被配置为处于断开状态，并且，响应于在所述输入节点处的电压小于阈值电压，入射到所述光电二极管上的光产生的电荷累积在所述moscap的所述输入节点处；并且其中，在每个单元结构的第二操作模式中，所述复位开关被配置为处于所述断开状态，并且，响应于在所述输入节点处的所述电压大于所述阈值电压，入射到所述光电二极管上的所述光产生的所述电荷而累积在所述moscap上。
根据一个实施例，每个单元结构还包括：moscap栅极偏置控制模块，耦接到所述moscap并且配置为向所述moscap提供moscap栅极偏置电压信号以控制所述阈值电压的电平，以及复位开关栅极偏置控制模块，耦接到所述复位开关并且配置为向所述复位开关提供复位开关栅极偏置电压信号以控制所述复位开关的操作状态。在一实施例中，所述图像传感器还包括外部时钟，所述外部时钟耦接到所述复位开关栅极偏置控制模块中的至少一个。
根据另一实施例，每个单元结构还包括：输出，耦接到所述图像处理单元；以及输出开关，选择性地耦接在所述晶体管和所述输出之间；其中，在每个单元结构的第三操作模式中，所述输出开关被配置为将所述输出耦接到所述晶体管，所述复位开关被配置为处于断开状态，以及所述图像处理单元被配置为从所述输出读出在所述moscap的所述输入节点处累积的所述电荷以作为高灵敏度信号；其中，在每个单元结构的第四操作模式中，所述输出开关被配置为将所述输出耦接到所述晶体管，所述复位开关被配置为处于所述断开状态，以及所述图像处理单元被配置为从所述输出读出在所述moscap上累积的所述电荷以作为低灵敏度信号；并且其中，在每个单元结构的第五操作模式中，所述复位开关被配置为将所述moscap耦接到所述复位电压，并且累积在所述moscap上的电荷被放电。
根据一个实施例，所述图像处理单元被配置为从每个单元结构接收所述高灵敏度信号和所述低灵敏度信号，以确定来自每个单元结构的所述低灵敏度信号和所述高灵敏度信号中的哪一个精确地表示入射到所述光电二极管上的所述光的强度，并且基于来自每个单元结构的所述低灵敏度信号和所述高灵敏度信号中的一个来生成图像。
以下，将详细讨论这些示例性方面和实施例的另外其它方面、实施例和优点。此外，要理解的是，上述信息和以下详细描述仅仅是各方面和实施例的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面和实施例的性质和特征的概述或框架。本文公开的任何实施例可以以与本文公开的目标、目的和需求中的至少一个相一致的任何方式与其它实施例组合，并且对“实施例”、“一些实施例”、“替换实施例”、“各种实施例”、“一实施例”等的提及不一定互相排斥，并且旨在表示所描述的与该实施例相关的特定特征、结构或特性可以包括在至少一个实施例中。这里这些术语的出现不一定都指代相同的实施例。
具体实施方式
有许多不同类型的图像捕获设备，例如数码相机、摄像机、或其它照相和/或图像捕获设备。这些图像捕获设备可以使用诸如有源像素传感器(aps)或其它合适的光感测器件等的图像传感器从期望的场景捕获图像。例如，aps可以由经由透镜接收光的单元结构阵列组成。光使每个单元结构累积与该位置处的光强度成比例的电荷。阵列中的每个单元结构通常包括诸如光电二极管、电容器和其它部件的电路。
阵列中的每个单元结构通常对应于期望的场景的最终图像中的图像元素或像素。像素被认为是数字图像的最小部分。数字图像通常由像素阵列组成。耦接到图像捕获设备的电路可以执行光捕获后处理步骤，以将来自每个单元结构的累积电荷转换为像素信息。该信息可以包括数字图像存储格式可能需要的颜色、饱和度、亮度、或其它信息。数字图像可以以诸如.jpg、.gif、.giff、或任何其它合适格式的格式存储。
如上所述，典型的图像捕获设备通常针对明亮环境光场景(即，低灵敏度情况)或低环境光场景(即，高灵敏度情况)而优化。在低环境光情况下，例如在具有阴影、夜间拍摄的照片、室内拍摄的照片、或其它环境光相对较低等情况下，图像捕获设备通常需要更高的灵敏度来区分在其单元结构中累积的不同水平的电荷。在高灵敏度器件中，应当使寄生电容(即，存在于电路各部分之间的电容)最小化，因为电路的电荷单位的小的变化可能对应于最终图像中的不同水平。例如，在高灵敏度器件中，额外的5个电荷单位可能导致最终图像中的不同亮度水平；而在低灵敏度器件中，额外的50个电荷单位将导致最终图像中的不同亮度水平。因此，如果具有高寄生电容的图像捕捉设备暴露于低环境光场景，则图像捕获设备中累积的电荷可能不能成比例地(或准确地)反映场景的光强度，这可能最终导致最终图像中的错误。
明亮环境光的情况，例如阳光明媚的日子、光线充足的房间、或其它环境光相对较多等情况，可能会呈现不同的问题。在明亮环境光线情况下，由于由图像捕获设备捕获的较大量的光强度，在图像捕获设备中累积更大量的电荷。这种较大量的电荷通常需要添加电容器来存储在图像传感器处产生的累积电荷。通常，在设计上述电容器时可以考虑寄生电容器的影响，以确保能够在像素中保持足够的电荷量。因此，由于用于两种情况(即，低环境光情况和明亮环境光情况)的累积电荷和电容要求的差异，针对明亮环境光情况而优化的图像捕获装置在低环境光情况下将不能有最佳的性能。
解决低环境光情况和明亮环境光情况的不同要求的一个现有的尝试是在混合单元结构中包括低灵敏度路径和高灵敏度路径。例如，在典型的双路混合单元结构中，低灵敏度路径用于高环境光情况，并且单独的高灵敏度路径用于低环境光情况。然而，在双路混合单元结构中，通常使用多个抗光晕(anti-bloom)开关(即，对于每个路径至少一个)。通过利用多个抗光晕开关，这种双路混合单元结构的像素尺寸通常不能降低到低于5微米。
因此，本发明的各方面和实施例涉及用于提供具有较小像素尺寸(例如，诸如4微米及4微米以下等)的高动态范围单元结构的系统和方法。通过利用用于多种功能的单元结构中的部件来提供高动态范围单元结构。例如，金属氧化物半导体电容器(moscap)同时被用作高灵敏度抗光晕栅极和用于增大的阱电容的低灵敏度电容器。通过利用moscap作为电容器和抗光晕栅极(即，在低环境光和高环境光两种情况下)，可以从上述标准双路混合单元结构中除去抗光晕开关中的一个，从而允许单元结构的尺寸减小，同时仍然提供高动态范围。
要理解的是，本文所讨论的方法和设备的实施例在应用中不限于在以下描述中阐述或在附图中图示的各部件的构造和排列的细节。各方法和设备能够在其它实施例中实现，并且能够以各种方式来实践或执行。本文提供了特定实现的示例以仅用于说明的目的，而不意在进行限制。此外，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被视为是限制。本文中使用的“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”及其变化意欲要涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。对“或”的提及(reference)可以被解释为是包含性的，使得使用“或”描述的任何项目可以指示所描述的项目中的单个、多于一个和所有之中的任何一种。
图1为示出可以用于捕获图像的图像捕获设备10的框图。例如，设备10可以是数字照相机、摄像机、或其它摄影和/或图像捕获设备。图像捕获装置10包括图像传感器12和图像处理单元14。图像传感器12可以是aps或其它可捕获图像的合适的光感测装置。图像处理单元14可以是硬件、软件、和/或固件的组合，该硬件、软件、和/或固件的组合是可操作的以从图像传感器12接收信号信息并将信号信息转换为数字图像。
图像传感器12包括单元结构16的阵列17。每个单元结构16累积与在视场中该位置处的光强度成比例的电荷。每个单元结构16可以对应于所捕获的电子图像中的像素。单元结构16可以临时存储由处理单元14使用的累积电荷以创建图像。例如，存储的电荷可以被转换成电压，并且可以由处理单元14对电压的值进行采样，以便数字化并将值存储到某种形式的存储器中。
使用图像捕获设备10的用于图像捕获的特定方法可以是纹波捕获。纹波捕获是按顺序从图像传感器12捕获每行像素的方法。例如，纹波捕获可以使图像传感器12的顶行像素曝光，随后是第二行像素，再随后是第三行像素等等，直到图像传感器12的最后一行像素曝光。用于图像处理单元14接收由图像传感器12捕获的像素信息的另一特定方法可以是纹波读取。纹波读取是按顺序处理来自图像传感器12的每行像素的方法。类似于纹波捕获，纹波读取可以处理图像传感器12的顶行像素，随后是第二行像素，再随后是第三行像素等等，直到图像传感器12的最后一行像素被处理。可以类似地执行用于对图像传感器12的像素的行进行复位的纹波复位操作。
这些方法可以在连续的行上执行。例如，纹波捕获操作可以从图像传感器12的第一行开始。当纹波捕捉操作移动到第二行时，纹波读取操作可以在图像传感器12的第一行开始。在纹波捕获操作移动到第三行之后，纹波读取操作可以在第二行开始，并且在第一行上开始纹波复位操作。这种操作可以一直持续到最后一行被处理。一旦最后一行被处理，则图像可以被处理单元14处理和存储。
图2是可以被包括在图像传感器12中并被耦接到图像处理单元14的高动态范围单元结构16的一个示例的电路图。高动态范围单元结构16包括moscap20、复位开关22、光电二极管24、缓冲晶体管26、输出开关28、以及列总线30。根据一个实施例，moscap20是p沟道金属氧化物半导体(pmos)电容器；然而，在其它实施例中，可以使用其它类型的moscap。根据一个实施例，复位开关22是pmos场效应晶体管(fet)；然而，在其它实施例中，复位开关22可以是任何其它合适类型的开关或晶体管。根据一个实施例，缓冲晶体管26是pmosfet；然而，在其它实施例中，晶体管可以是任何其它合适类型的晶体管。输出开关28可以是任何适当类型的机械开关或基于晶体管的开关。
复位开关22耦接在提供复位电压(vreset)34的电压源和moscap20之间。复位开关22的栅极耦接到复位栅极偏置控制模块32。moscap20耦接在复位开关22和光电二极管24之间。moscap20的栅极耦接到moscap栅极偏置控制模块38。moscap20的源极/漏极节点36耦接到光电二极管24的正极和缓冲晶体管26的栅极。光电二极管24的负极耦接到提供电源电压(vdetcom)40的电压源。缓冲晶体管26耦接在提供电源电压(vpuc)42的电压源和输出开关28的第一端子之间。输出开关28的第二端子耦接到列总线30。列总线30被配置为耦接到图像处理单元14。
单元结构16被配置为具有相对较小的像素尺寸(例如，诸如4微米及4微米以下等)。单元结构16的相对较小的尺寸通过利用用于多种功能的moscap20来提供。例如，moscap20同时被用作高灵敏度抗光晕栅极，以及用于增大的阱电容的低灵敏度电容器。例如，当来自场景的光入射到光电二极管24上时，电荷在源极/漏极节点36处累积。如上所述，在源极/漏极节点36处累积的电荷量指示入射到光电二极管24上的光的强度。
在低环境光情况下，入射到光电二极管24上的光的强度相对较低，因此在源极/漏极节点36处累积的电荷量也相对较低。因此，需要较小的电容以存储在低环境光情况下产生的电荷。耦接到源/漏节点36的部件的固有电容足以提供在低环境光情况下在源极/漏极节点36处产生的电荷的存储。另外，如上所述，在低环境光情况下，期望使单元结构的寄生电容最小化。因此，通过使moscap20上的源极/漏极的宽度最小化，源/漏节点36的输入电容和负载可以在低环境光情况下被最小化。此外，通过将复位开关22与moscap20串联地定位在与光电二极管24相对的moscap20一侧，而不是与moscap20并联，防止复位开关22对源极/漏极节点36去负载(loadingdown)并降低源极/漏极节点36处的增益(即增大噪声)。
在高环境光情况下，入射到光电二极管24上的光的强度相对较高，因此针对高强度光产生的电荷量也相对较高。耦接到源极/漏极节点36的组件的固有电容不足以提供在高环境光情况下在源极/漏极节点36处产生的电荷的存储。因此，在高环境光情况下，需要较大的电容来存储产生的电荷。如果没有这样较大的电容，则在高环境光情况下在源极/漏极节点36处产生的电荷将导致单元结构16的饱和/或光晕(blooming)。因此，在高环境光情况下，moscap20操作为防止单元结构16中的饱和和光晕，并且还存储入射到光电二极管24上的高强度光产生的电荷。
moscap栅极偏置控制模块38向moscap20的栅极提供栅极偏置电压信号
输出开关28操作为控制将单元结构16中的累积电荷读出到列总线30，并因此控制用于图像处理的图像处理单元14。复位栅极偏置控制模块32向复位开关22的栅极提供栅极偏置电压信号
当图像处理单元14想要读出单元结构16中的累积电荷用于图像处理时，图像处理单元14对输出开关进行操作使其闭合。一旦输出开关闭合(并且复位开关22保持在断开状态)，在源极/漏极节点36处累积的电荷作为在低环境光情况下的高灵敏度信号经由缓冲晶体管26和列总线30在图像处理单元14处被读出，所述高灵敏度信号具有与在源极/漏极节点36处累积的电荷成比例的电压。如果单元结构16暴露在低环境光情况下，则由图像处理单元14读出的高灵敏度信号准确地表示从正在观看的场景中入射到光电二极管24上的光的强度。然而，如果单元结构16暴露于高环境光线的情况下，由于响应于入射到光电二极管24上的光产生的电荷的一部分可能已是存储在moscap20上，由图像处理单元14从源极/漏极节点36读出的高灵敏度信号则可能不能准确地反映从被观看的场景入射到光电二极管24上的光的强度。
因此，在读出在源极/漏极节点36上累积的电荷之后，复位栅极偏置控制模块32操作复位开关22保持断开并操作输出开关28保持闭合。当输出开关28保持闭合时，累积在moscap20上的电荷作为在高环境光情况下的低灵敏度信号经由缓冲晶体管26和列总线30被读出到图像处理单元14，该电荷具有与在moscap20上累积的电荷成比例的电压。图像处理单元14从moscap20读出的低灵敏度信号准确地表示在高环境光情况下入射到光电二极管24上的光的强度。
根据一个实施例，当由图像处理单元读出累积在moscap20上的电荷时，moscap栅极偏置控制模块38向moscap20的栅极提供栅极偏置电压信号
在读出在moscap20上累积的电荷之后，复位栅极偏置控制模块32操作复位开关22使其闭合。一旦复位开关22被闭合，moscap20耦接到复位电压(vreset)34，并且累积在单元结构16中的电荷被放电。一旦累积在单元结构16中的电荷被放电，复位栅极偏压控制模块32对复位开关22进行操作使其断开，并且单元结构16可以再次与入射到单元结构16上的光的强度成比例地累积电荷。
根据一个实施例，复位栅极偏置控制模块32耦接到时钟48。在一个实施例中，时钟48是外部时钟48(即位于单元结构16之外)；然而，在其它实施例中，时钟48可以被不同地配置。基于从时钟48接收到的时钟信号，复位栅极偏置控制模块32接通(即闭合)复位开关22以使单元结构16放电。根据一个实施例，时钟信号被配置为在输出开关28闭合之后将复位开关22接通预定义的时间量；然而，在其它实施例中，可以不同地配置时钟信号。协调输出开关28和复位开关22的切换以允许产生高灵敏度信号(基于在低环境光情况下在源极/漏极节点36处累积的电荷)和低灵敏度信号(基于在高环境光情况下在moscap20上累积的电荷)。
通过产生低灵敏度信号和高灵敏度信号，单元结构16在低环境光情况下和高环境光情况下都能够操作。图像处理单元14被配置为从单元结构16的阵列17中的每个单元结构16收集低灵敏度信号和高灵敏度信号，并且在其图像处理中确定对于每个单元结构16适合使用哪个信号(即，低灵敏度信号或高灵敏度信号)。
根据一个实施例，图像处理单元14使能阵列17的第一行中的单元结构16，以提供低灵敏度信号和高灵敏度信号(即，通过闭合第一行中的单元结构16的输出开关28)。在从阵列17的第一行中的每个单元结构16接收到低灵敏度信号和高灵敏度信号之后，图像处理单元14使能阵列17的第二行中的单元结构16，以提供低灵敏度信号和高灵敏度信号(即，通过闭合第二行中的单元结构16的输出开关28)。图像处理单元14类似地进展经历阵列17的每一行，直到从阵列中的每个单元结构16接收到低灵敏度信号和高灵敏度信号。
根据另一个实施例，图像处理单元14被配置为使能阵列17中的每个单元结构16，以首先提供高灵敏度信号(即，在每个单元结构16的输出开关闭合之后)。在从阵列17中的每个单元结构16接收到高灵敏度信号之后，图像处理单元14被配置为从阵列17中的每个单元结构16接收低灵敏度信号。根据其它实施例，图像处理单元14可以被配置为以其它适当的方式使能单元结构16的阵列17。
在从阵列17中的每个单元结构16接收到低灵敏度信号和高灵敏度信号时，图像处理单元14确定在其图像处理中对于每个单元结构16适合使用哪个信号(即，低灵敏度信号或高灵敏度信号)(即，准确地表示入射到光电二极管24上的光的强度)。根据一个实施例，图像处理单元14中的阈值电路分析来自单元结构16的高灵敏度信号，并确定高灵敏度信号是否高于高灵敏度信号阈值。如果来自单元结构16的高灵敏度信号高于高灵敏度信号阈值，则图像处理单元14知道将低灵敏度信号用于该单元结构16。
根据另一实施例，图像处理单元14被配置为从单元结构16接收多个高灵敏度信号，并且基于多个高灵敏度信号生成高灵敏度信号曲线。在高环境光情况下，高灵敏度信号(即，在低环境光情况下基于在源极/漏极节点36处累积的电荷生成)可以是非线性的。因此，通过在一段时间内分析生成的高灵敏度信号曲线的斜率，图像处理单元14确定是应该利用低灵敏度信号还是高灵敏度信号。例如，如果图像处理单元14确定高灵敏度信号曲线是线性的，则其利用高灵敏度信号。或者，如果图像处理单元14确定高灵敏度信号曲线是非线性的，则其利用低灵敏度信号。
在识别出对于每个单元结构16应当利用哪个信号(即，低灵敏度型号或高灵敏度信号)之后，图像处理单元利用来自单元结构16的每个已识别的信号来生成正在观看的场景的相应图像。
如上所述，提供给moscap20和复位开关22的栅极偏置信号44、46由分离的模块38、32独立地控制。然而，在另一个实施例中，提供给moscap20和复位开关22的栅极偏置信号44、46用单个模块或控制器独立地控制。根据另一个实施例，栅极偏置信号44、46和输出开关28的操作状态都由单个控制器(例如，图像处理单元14或另一个外部控制器)独立地控制。
由于传统双路混合单元结构的两个抗光晕开关之一可以由单个moscap20代替，通过利用moscap20作为高灵敏度抗光晕栅极和低灵敏度电容器(即，在低环境光和高环境光两种情况下)，单元结构16的尺寸被减小(例如，至4微米及4微米以下)。此外，通过将moscap20操作为电容器和抗光晕栅极两者，产生低灵敏度信号和高灵敏度信号两者，并允许单元结构16在低环境光和高环境光两种情况下都能生成准确的光强度信号。
在上文已经描述了至少一个实施例的几个方面之后，要理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在处于本发明的范围之内。因此，前面的描述和附图仅仅是示例性的。
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