像素装置、像素矩阵、图像传感器和操作像素装置的方法与流程

本发明涉及像素装置、像素矩阵、图像传感器和用于操作像素装置的方法。

背景技术：

1、cmos图像传感器应用广泛，其中一些需要高动态范围(hdr)。动态范围(dr)一方面受弱光条件下的本底噪声限制，另一方面受强光条件下的饱和效应限制。

2、大多数可用的dr技术是针对滚动快门像素设计的，但对全局快门并不友好。在全局快门模式下，像素矩阵的所有像素在同一时间周期内曝光。在积分时间结束时，像素矩阵的所有行的电荷传输操作同时发生。信号存储在像素级存储器中，随后被读出。

3、要实现的目标是提供一种具有高动态范围的像素装置及操作该像素装置的方法。另一个目的是提供一种图像传感器，其包括该像素装置或根据该像素装置的像素矩阵。

4、这些目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。

技术实现思路

1、在此处和下文中，术语“像素装置”和“像素”是指光接收元件，其可与其他像素一起布置成二维阵列，也称为矩阵。阵列中的像素按行和列布置。术语“行”和“列”可以互换使用，因为它们仅取决于像素阵列的取向。像素还可以包括用于控制进出像素的信号的电路。因此，像素可以形成所谓的有源像素。像素可以接收任意波长范围内的光。术语“光”通常可以指电磁辐射，包括例如红外(ir)辐射、紫外(uv)辐射和可见光(vis)。

2、在一个实施例中，像素装置包括光敏级。光敏级被配置为通过转换电磁辐射来产生电信号。光敏级形成至少一个第一类型的子像素，该子像素包括被配置为产生低灵敏度信号的光电二极管。这可以意味着第一类型像素的光电二极管被实施为低灵敏度光电二极管。换句话说，第一类型像素的光电二极管可以被配置为具有低灵敏度，以在高入射辐照度下产生信号。该信号在下文中被称为低灵敏度信号。

3、光敏级还形成至少一个第二类型的子像素，该子像素包括被配置为产生高灵敏度信号的光电二极管。这可以意味着第二类型像素的光电二极管被实施为高灵敏度光电二极管。换句话说，第二类型像素的光电二极管可以被配置为具有高灵敏度，以在低入射辐照度下产生信号。该信号在下文中被称为高灵敏度信号。

4、像素装置还包括采样保持级，此处也称为s/h级或s/h电路。s/h级经由扩散节点电耦合到光敏级。s/h级被配置为采样和存储来自光敏级的电信号。

5、像素装置尤其可形成全局快门像素。像素装置可以形成像素矩阵中的一个像素。像素被细分成两个或更多子像素，其中每个子像素包括各自的光电二极管。

6、在此处和下文中，第一类型的子像素可称为第一子像素，该子像素包含的光电二极管可称为第一光电二极管。类似地，第二类型的子像素可以称为第二子像素，该子像素所包括的光电二极管可以称为第二光电二极管。当在下文中提到多个第一或第二子像素/光电二极管时，意味着各自类型的多个子像素/光电二极管。

7、像素装置可包括一个以上的第一子像素，用于产生低灵敏度信号。此外，像素装置可以包括一个以上的第二子像素，用于产生高灵敏度信号。例如，像素装置包括布置成2×2阵列的一个第一子像素和三个第二子像素。像素装置可以包括多个第一子像素和相应的第一光电二极管。像素装置还可以包括多个第二子像素和相应的第二光电二极管。这里和下面分别针对一个第一或第二子像素给出的所有信息和特征可以相应地应用于所有其他的第一或第二子像素。

8、像素装置可布置在基板中，尤其是半导体基板中。第一光电二极管和第二光电二极管尤其可以是钉扎光电二极管。第一光电二极管和第二光电二极管可以是相同的设计。这意味着第一光电二极管和第二光电二极管可以相等。第一光电二极管可以设置有滤光层，以便衰减电磁辐射。第一光电二极管的积分时间也可能比第二光电二极管的积分时间短。此外或替代地，第一光电二极管和第二光电二极管可以不同。例如，第二光电二极管可以具有比第一光电二极管更大的感光区域，以便产生比第一光电二极管更多的电荷载流子。第一光电二极管和第二光电二极管将电磁辐射转换成相应的电荷信号。第一光电二极管和第二光电二极管共享公共扩散节点。扩散节点可以被实施为浮动扩散节点。扩散节点可以被称为fd节点。扩散节点包括电容。电容形成像素的存储元件。扩散节点可以由半导体基板中的掺杂阱形成。

9、来自第一子像素的低灵敏度信号可被提供用于高光条件，即高照度。在这种情况下，光电二极管产生的电荷信号已经很大，不需要“人工”增加，例如通过高增益、长曝光时间等。相反，电磁辐射可以在被第一光电二极管转换成电荷信号之前被衰减。如果这种电荷信号增加，例如通过高转换增益(hcg)，可能出现饱和效应。饱和可能发生，例如，是因为像素内的光电二极管和/或存储元件的势阱不够大，不足以承载所有光感应电荷载流子。来自第二子像素的高灵敏度信号可以被提供用于弱光条件，即低照度。在这种情况下，由光电二极管产生的电荷信号很小，并且应该增加，例如通过高增益、长曝光时间和/或扩大的感光区域，以便获得良好的信噪比(snr)。低灵敏度信号和高灵敏度信号可以被称为视频信号。

10、s/h级可包括集成在半导体基板中或半导体基板上的电路组件。例如，s/h级包括用于存储来自光敏级的相应信号的电容器。因此，s/h级包括像素内部存储元件。例如，电容器可以被实施为金属氧化物半导体(mos)电容器。替代地，电容器可以形成为金属-绝缘体-金属(mim)电容器。此外，电容器可以被实施为金属边缘电容器或所谓的poly-n电容器。此外，s/h级可以包括将扩散节点电连接到s/h级的一个或多个电容器的开关。这样，由光敏级产生的电信号可以存储在电容器上。s/h级将来自光敏级的电信号存储在电压域中。这可以意味着s/h级存储低灵敏度信号和高灵敏度信号的改变版本。具体而言，由光电二极管产生的电荷信号可以在存储在s/h级的电容器上之前被放大并转换成相应的电压信号。例如，放大级可以被配置为基于相应的电荷信号产生放大信号。放大的信号可以是分别基于低灵敏度信号或高灵敏度信号的电压信号。放大级可以形成共漏极放大器，也称为源极跟随器。因此，s/h级存储低灵敏度信号和高灵敏度信号的放大版本。然而，由于存储的信号基于光感应电荷信号，因此它们也可以分别被称为低灵敏度信号和高灵敏度信号。除了光感应电信号之外，s/h级还可以存储像素装置的复位电平。存储的视频信号和复位电平可以称为像素输出信号。出于暗电流原因，可能需要将像素输出信号存储在电压域中而不是电荷域中，并降低像素的寄生光灵敏度(pls)。

11、在一个实施例中，像素装置通过一个或多个选择栅极与列总线电连接。像素装置可以包括选择栅极。选择栅极可以形成像素装置的读出级。像素装置可以包括也可以不包括列总线。替代地，像素装置仅包括列总线的一部分。选择栅极是选择晶体管的一部分。通过向选择栅极施加选择信号，选择晶体管变得导通，使得像素输出信号经由列总线被转发到读出电路。例如，读出电路包括模数转换器(adc)。因此，像素装置可以具有全局快门电压域读出。

12、通过高灵敏度信号和低灵敏度信号，像素装置可实现hdr操作，例如从约60db至高达90db，或高达100db或超过100db。hdr可以更好地捕捉真实场景中的高光和阴影，同时保持全局快门(gs)实施的优势，例如低运动伪影和减少照明时间。

13、在另一实施例中，第一光电二极管和第二光电二极管被配置为检测实质相同波长范围内的电磁辐射。这可以意味着第一光电二极管和第二光电二极管被配置为检测至少重叠波长范围内的电磁辐射。在优选实施例中，第一光电二极管和第二光电二极管都被配置为检测红外(ir)中的电磁辐射，尤其是近红外(nir)或短波红外(swir)波长范围。由于光电二极管的单色实现，可以覆盖目标波长范围内的高动态范围。红外灵敏度可用于需要视频输入的黑暗环境。光电二极管可以与来自有源nir/swir照明源如vcsel或led的照明同步。

14、在另一个实施例中，光敏级和采样保持级布置在半导体基板的主表面上。这意味着半导体基板可以至少部分地包含在像素装置中。半导体基板包括半导体材料，例如硅。半导体基板具有沿侧向方向延伸的主延伸平面。半导体基板包括背表面，该背表面在横向方向上与主表面相对。光敏级和采样保持级可以集成在半导体基板中，并通过标准cmos工艺制造。在半导体基板的主表面上，可以布置电介质层。金属层可以嵌入在电介质层中，并且可以用作s/h级的电容器极板。此外，金属层可以形成布线，以将像素装置电连接到半导体基板中的其他电路组件，例如读出电路。

15、根据另一实施例，光敏级由来自半导体基板的背表面的电磁辐射照射。在这种情况下，部分半导体基板可能被去除。具体地，基板可以被研磨或抛光。抛光/研磨的表面形成基板的背表面。这意味着基板的背表面形成辐射入射侧。

16、因此，在该实施例中，像素装置为背照式(bsi)。因为它是bsi，所以可以结合先进的处理技术来显著提高电磁光谱的近红外(nir)部分的灵敏度。例如，电磁辐射不会被用作布线的金属层阻挡。然而，像素装置也可以是前照式(fsi)。在这种情况下，电磁辐射通过半导体基板的主表面照射光敏级。

17、根据一个实施例，像素装置包括滤光层。滤光层设置在入射电磁辐射和第一子像素之间。滤光层被配置为降低电磁辐射的强度。这意味着滤光层设置在半导体基板的背表面上或背表面处，使得电磁辐射在到达具有第一光电二极管的第一子像素之前必须穿滤光层。滤光层与第一子像素对准。这意味着滤光层被构造成仅覆盖对应于第一子像素的基板部分。滤光层可以包括半透明材料。这意味着滤光层形成了部分不透明或吸收的薄膜。例如，滤光层包括光致抗蚀剂，该光致抗蚀剂可以被处理以降低其透明度。替代地，滤光层可以包括聚四氟乙烯(ptfe)，其可以包括调节其透明度的添加剂。在另一个例子中，滤光层包括氮化钛(tin)或氮化锆(zrn)。滤光层包括碳化钛硅(tisic)、氮化钛硅(tisin)或氮化钛铝(tialn)也是可能的。滤光层也可以包括一些上述材料的组合。例如，滤光层的透射率在1％至20％的范围内。因此，滤光层被提供用于光学衰减。从弱光条件到高光条件过渡时的信噪比(snr)以及动态范围由部分透射膜(即滤光层)设置的衰减程度明确设置。因此，通过为第一子像素提供滤光层，可以增加像素装置的动态范围。这意味着像素装置利用滤光层来改变第一子像素的灵敏度，以显著增加实施像素装置的传感器设备的动态范围。具体地，第一子像素的灵敏度被滤光层降低，这导致有效动态范围的增加。

18、根据一个实施例，第一光电二极管的积分时间比第二光电二极管的积分时间短。光电二极管在给定照度下产生的相应电荷信号可以随不同的积分时间而变化。例如，长积分时间可用于产生增加的电荷信号，即高灵敏度信号，而短积分时间可用于产生减少的电荷信号，即低灵敏度信号，从而防止饱和。通过使用两个或至少两个积分时间，可以增加像素装置的动态范围。

19、根据一个实施例，像素装置还包括第一传输栅极，被配置为将第一子像素的低灵敏度信号传输至扩散节点。第一传输栅极布置在第一光电二极管和扩散节点之间。根据一个实施例，像素装置还包括第二传输栅极，其被配置为将第二子像素的高灵敏度信号传输到扩散节点。在像素装置包括另一第二子像素的情况下，可以为另一第二子像素提供具有如下所述的相应特征的另一第二传输栅极。第二传输栅极布置在第二光电二极管和扩散节点之间。传输栅极可以被实施为传输开关。例如，传输栅极可以是包括连接到相应光电二极管的第一端子和连接到扩散节点的第二端子的相应传输晶体管的一部分。通过向传输栅极施加传输信号，传输晶体管变得导通，使得电荷载流子从光电二极管向扩散节点扩散。通过触发向扩散节点的传输，可以定义各个光电二极管的积分时间。

20、根据一个实施例，像素装置还包括复位开关，被配置为在低灵敏度信号和高灵敏度信号的传输之间复位扩散节点。复位开关还可以被配置为在向扩散节点传输信号之前复位扩散节点。复位栅极可以被实施为复位开关。例如，复位栅极可以是复位晶体管的一部分，该复位晶体管包括连接到像素电源电压的第一端子和连接到fd节点的第二端子。通过向复位栅极施加复位信号，复位晶体管变得导通，从而通过施加像素电源电压来去除任何冗余电荷载流子。以这种方式，不同的视频信号可以无干扰地传输到扩散节点。

21、在一个实施例中，像素装置还包括放大级。放大级电连接在扩散节点和采样保持级之间。放大级被配置为放大来自光敏级的电荷信号。具体地，放大级的输入端电连接到扩散节点。放大级被配置为基于相应的电荷信号产生放大的信号。电荷信号可以分别是电荷域中的低灵敏度信号和高灵敏度信号之一。放大的信号是分别基于低灵敏度信号或高灵敏度信号的电压信号。放大级可以形成共漏极放大器，也称为源极跟随器。源极跟随器的栅极端子连接到fd节点，并用作放大级的输入端子。公共端子可以连接到电源电压。在放大级的输出端产生相应的放大信号。放大级可用作电压缓冲器，并被配置为缓冲信号，从而将fd节点与其他像素组件去耦合。放大级还可以被配置为放大光感应电荷信号并复位电平。

22、在一个实施例中，采样保持级包括第一对电容器。第一对电容器可以通过第一开关电连接到放大级。第一对电容器的电容器可以级联布置。因此，第一对电容器的两个电容器可以通过第二开关彼此耦合。第一对电容器可以形成s/h级的第一支路。

23、第一对电容器中的一个电容器被配置为存储复位电平。该电容器可以被称为第一电容器。第一对电容器中的另一个电容器被配置为存储高灵敏度信号。该电容器可以被称为第二电容器。这可以意味着第二电容器存储电压域中的高灵敏度信号的放大版本。复位电平指的是像素装置的非视频信号。通过复位扩散节点，引入了与高或低灵敏度信号的噪声不相关的附加噪声。然而，像素装置的复位电平包括关于ktc噪声的信息，该噪声是一种时间偏差。因此，有利的是，可以确定像素装置的时间噪声。通过在第一电容器上存储像素的复位电平，可以降低和最小化像素装置的固定模式噪声(fpn)。

24、在一个实施例中，扩散节点被配置为存储低灵敏度信号。这可以意味着扩散节点将低灵敏度信号存储在电荷域中。通过在扩散节点上存储低灵敏度信号，可以减小像素尺寸，因为不需要额外的存储电容器。此外，复位和热噪声在这种情况下不太相关，并且不必存储，因为在高照度下光子散粒噪声占主导地位。然而，由于ktc噪声增加和较高的暗信号不均匀性(dsnu)，这可能会增加低灵敏度信号和高灵敏度信号之间的snr下降。

25、在一个实施例中，采样保持级还包括第二对电容器。第二对电容器可以通过第三开关电连接到放大级。第二对电容器的电容器可以级联布置。因此，第二对电容器的两个电容器可以通过第四开关彼此耦合。第二对电容器可以形成s/h级的第二分支。

26、第二对电容器中的一个电容器被配置为存储另一复位电平。该电容器可以被称为第三电容器。第二对电容器中的另一个电容器被配置为存储低灵敏度信号。该电容器可以被称为第四电容器。这可以意味着第四电容器存储电压域中的低灵敏度信号的放大版本。另一复位电平指的是像素装置的非视频信号。像素装置的另一复位电平包括关于ktc噪声的信息。因此，可以确定像素装置的时间噪声。通过在第三电容器上存储像素的另一复位电平，可以降低和最小化像素装置的固定模式噪声(fpn)。复位电平可以源于电荷从光电二极管传输到扩散节点之前扩散节点的复位，而另一复位电平可以源于电荷传输之间扩散节点的复位，反之亦然。

27、通过在第三和第四电容器上存储低灵敏度信号和另一复位电平，低灵敏度信号和高灵敏度信号之间的snr下降有利地减少。低灵敏度信号可以存储在电压域中。考虑了ktc噪声和dsnu。低灵敏度信号、高灵敏度信号、复位电平和另一复位电平被存储直到像素读出。在像素读出之后，扩散节点、第一电容器和第二电容器、第三电容器和第四电容器可以被配置为被复位。

28、在一个实施例中，第一对电容器和/或第二对电容器电连接至像素装置的读出级。在一个实施例中，第一对电容器和/或第二对电容器经由像素装置所包括的另一放大级电连接到读出级。该另一放大级可以形成另一共漏放大器，即另一源极跟随器，并且可以包括第二另一共漏放大器，即第二另一源极跟随器。该另一放大级可以被配置为在该另一放大级的输出端产生像素输出信号。另一放大级可以用作电压缓冲器。该另一放大级可以被配置为缓冲像素输出信号，从而将相应的电容器从读出电路去耦合。像素输出信号可以是存储在像素内部存储元件上的视频信号和非视频信号的改变版本。具体地，像素输出信号可以是视频和非视频信号的放大版本。(第二)另一源极跟随器的栅极端子电连接到第一(第二)电容器对。(第二)另一源极跟随器的公共端连接到像素电源电压。在(第二)另一源极跟随器的输出端施加像素输出信号。

29、在一个实施例中，像素装置还包括双转换增益级。双转换增益级包括经由增益开关电耦合到扩散节点的另一电容器。该另一电容器被配置为增加扩散节点的电容。增益开关布置在复位栅极和扩散节点之间。增益开关可以被实施为晶体管。提供增益开关用于短路扩散节点和另一电容器。该另一电容器可以被实施为mos或mim电容器。替代地，另一电容器可以被实施为金属边缘电容器或poly-n电容器。另一电容器的端子节点被布置在复位栅极和增益开关之间。另一电容器的另一端子节点可以接地。

30、通过短路fd节点和另一电容器，组合电容大于fd节点的电容。保持电荷恒定，这导致电压信号降低。因此，通过增大电容来降低增益。这意味着如果fd节点和另一电容器短路，则像素装置具有降低的增益。换句话说，如果另一电容器通过增益开关与fd节点电去耦合，则像素装置具有增加的增益。因此，通过对低灵敏度信号和/或高灵敏度信号应用不同的增益，可以进一步增加像素装置的动态范围。

31、在一个实施例中，像素装置还包括溢出电容器。溢出电容器电耦合到第一子像素的第一光电二极管。溢出电容器被配置为存储来自第一光电二极管的多余电荷载流子。溢出电容器可以经由第一传输栅极电耦合到第一光电二极管。另一传输栅极可以在扩散节点和第一传输栅极之间被实施，使得来自溢出电容器的电荷载流子可以经由该另一传输栅极传输到扩散节点。

32、如果第一传输栅极被去激活，则第一光电二极管通过势垒与溢出电容器分离。这意味着防止电荷载流子在第一光电二极管和溢出电容器之间扩散。然而，在一些实施例中，这种电荷溢出是允许的，尤其是在第一光电二极管的势阱饱和的情况下。以这种方式，即使在饱和期间也没有光感应电荷载流子损失，从而为像素装置提供了增加的动态范围。换句话说，溢出电容器存储多余的电荷载流子。溢出电容器上多余的电荷载流子和来自第一光电二极管的电荷信号可以分别传输到扩散节点，从而可以分别存储和读出相应的像素输出信号。

33、在一个实施例中，像素装置包括一个第一子像素和三个第二子像素。一个第一子像素和三个第二子像素布置成2×2阵列。这意味着像素装置包括四个子像素。这进一步意味着第一子像素占据2×2阵列的一个象限。在俯视图中，子像素可以具有矩形形状，特别是正方形形状。替代地，三个第二子像素被融合以形成一个具有扩大的l形感光区域的光电二极管。融合的子像素可以共享一个传输栅极。三个第二子像素或一个l形第二子像素分别在侧向方向上部分包围第一子像素。所有子像素的光敏表面平行且彼此相邻地布置，面向相同的方向，即垂直于像素装置的主延伸平面的方向。第一子像素在某些位置被第二子像素包围。有利的是，第二子像素比第一子像素覆盖更大的感光区域。因此，即使在弱光条件下也可以积累更大量的电荷载流子。鉴于第一子像素，即使在高光条件下，也积累了减少量的电荷载流子。

34、此外，提供了像素矩阵。针对像素装置公开的所有特征也针对像素矩阵公开并适用于像素矩阵，反之亦然。

35、像素矩阵包括四个像素装置，其中每个像素装置包括一个第一子像素和三个第二子像素，如上所述布置成2×2阵列。第二子像素也可以被融合。

36、像素矩阵可包括多个像素装置，尤其是四个以上的像素装置，其中像素装置以m×n矩阵布置，m和n为自然数。在这种情况下，m×n矩阵的2×2子区域根据如下所述的配置布置。这意味着如下所述的2×2矩阵可以形成像素矩阵的单位单元。

37、四个像素装置以2×2矩阵布置，每个像素装置包括布置成2×2阵列的一个第一子像素和三个第二子像素，其中像素装置的第一子像素在2×2矩阵的中心彼此相邻地布置。各个像素装置的第二子像素在侧向方向上围绕第一子像素。替代地，至少一些第二子像素如上所述被融合。附加地或替代地，矩阵中心的至少一些第一子像素被融合。出于制造目的，这种配置可能是优选的。例如，如上所述的滤光层可以覆盖2×2像素矩阵中心的四个第一子像素上方(或下方)的连续区域。

38、在替代实施例中，四个像素装置(每个像素装置包括布置成2×2阵列的一个第一子像素和三个第二子像素)以相同取向布置成2×2矩阵，使得在侧向方向上，像素装置的第一子像素通过相应的第二子像素彼此分离。例如，每个第一子像素布置在2×2阵列的同一角。这种布置有利于实现子像素的平衡空间分布。相邻的第二子像素可以被融合。

39、此外，所提供的图像传感器包括上述实施例之一中所述的像素装置或像素矩阵。这意味着针对像素装置公开的所有特征也针对图像传感器公开并适用于图像传感器，反之亦然。

40、图像传感器可方便地用于光电设备，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑或相机模块。其他应用包括增强现实(ar)和/或虚拟现实(vr)场景。此外，图像传感器可以在无人机或扫描系统中实现，也可以在机器视觉等工业应用中实现。此外，图像传感器特别适合于在全局快门模式下操作，因为信号存储在像素级存储器中。全局快门模式特别适用于红外应用，其中图像传感器设备还包括与像素同步的光源。因此，包括这种图像传感器的光电设备也可以在红外(ir)领域中工作，例如用于3d成像和/或识别目的。具有红外灵敏度的图像传感器可用于需要视频馈送的黑暗环境中。此类应用从手机人脸解锁到司机监控系统。两者都可以部署短波红外(swir)或近红外(nir)光谱的照明器，以便手机用户/驾驶员不会被照亮他/她的光线所蒙蔽。

41、此外，提供了一种操作像素装置的方法。上述像素装置可以优选地用于操作这里描述的像素装置的方法。这意味着针对像素装置、像素矩阵和图像传感器公开的所有特征也针对用于操作像素装置的方法公开，反之亦然。

42、操作像素装置的方法包括通过转换电磁辐射由包含至少一个第一类型的子像素和至少一个第二类型的子像素的光敏级产生电信号。第一类型的子像素的光电二极管产生低灵敏度信号。第二类型的子像素的光电二极管产生高灵敏度信号。该方法还包括通过经由扩散节点耦合到光敏级的采样保持级采样和存储来自光敏级的电信号。

43、通过高灵敏度信号和低灵敏度信号，像素装置可实现hdr操作。hdr可以更好地捕捉真实场景中的高光和阴影。

44、在一个实施例中，该方法还包括通过第一传输栅极将第一子像素(第一类型的子像素)的低灵敏度信号传输至扩散节点。传输低灵敏度信号可以通过向第一传输栅极施加第一传输信号来触发。在实施例中，该方法还包括通过第二传输栅极将第二子像素(第二类型的子像素)的高灵敏度信号传输到扩散节点。传输高灵敏度信号可以通过向第二传输栅极施加第二传输信号来触发。在一个实施例中，该方法还包括通过复位开关复位低灵敏度信号和高灵敏度信号的传输之间的扩散节点。复位可以通过向复位开关施加复位信号来触发。通过触发向扩散节点的传输，可以定义各个光电二极管的积分时间。通过复位扩散节点，多余的电荷载流子被移除。以这种方式，不同的视频和非视频信号可以在没有干扰的情况下传输到扩散节点。

45、在一个实施例中，该方法还包括在采样保持级的第一对电容器的电容器上采样并存储复位电平。可以通过激活s/h级的第一和/或第二开关来执行采样，使得电容器被电连接。通过释放第二开关可以将复位电平存储在电容器上。

46、该方法可进一步包括在第一对电容器的另一个电容器上采样和存储高灵敏度信号。可以通过激活s/h级的第一开关来执行采样，使得电容器被电连接。可以通过释放第一开关将高灵敏度信号存储在电容器上。可以存储来自第二光电二极管的高灵敏度电荷信号的改变版本。如上所述，高灵敏度信号存储在电压域中，并且可以由s/h级和扩散节点之间插入的放大级放大。

47、在一个实施例中，该方法还包括在采样保持级的第二对电容器的电容器上采样并存储另一复位电平。可以通过激活s/h级的第三和/或第四开关来执行采样，使得电容器被电连接。通过释放第四开关可以将复位电平存储在电容器上。复位电平可以源于电荷从光电二极管传输到扩散节点之前扩散节点的复位，而另一复位电平可以源于电荷传输之间扩散节点的复位，反之亦然。

48、在一个实施例中，该方法包括在第二对电容器的另一个电容器上采样和存储低灵敏度信号。可以通过激活s/h级的第三开关来执行采样，使得电容器被电连接。通过释放第三开关，可以将低灵敏度信号存储在电容器上。可以存储来自第二光电二极管的低灵敏度电荷信号的改变版本。低灵敏度信号存储在电压域中，并且可以由s/h级和扩散节点之间插入的放大级放大。

49、在一个实施例中，该方法还包括通过读出级读出复位电平、另一复位电平、低灵敏度信号和高灵敏度信号。这可以意味着像素输出信号被转发到读出电路。像素装置不包括读出电路。读出级可以包括通过施加选择信号激活的选择栅极。可以结合s/h级的一个或多个开关(第一至第四开关)激活选择栅极，从而读出相应电容器上的信号。

50、通过在各电容器上存储低灵敏度信号、高灵敏度信号和复位电平，有利地降低了低灵敏度信号和高灵敏度信号之间的snr下降。信号可以存储在电压域中。考虑了ktc噪声和dsnu。此外，可以执行相关双采样(cds)。

51、在一个实施例中，该方法还包括在扩散节点上存储低灵敏度信号。通过经由第一传输栅极将电荷信号从第一光电二极管传输到扩散节点，将低灵敏度信号存储在扩散节点上。低灵敏度信号作为电荷信号存储在电荷域中。有利的是，由于不再需要电容器，像素尺寸可以减小。热噪声和另一复位电平可能被忽略，因为在低灵敏度信号中散粒噪声占主导地位。

52、通过上述像素装置的实施例，本方法的其他实施例对专业读者而言变得显而易见，反之亦然。