像素尺寸縮小引起的另一個問題是動態范圍的減小。圖像傳感器的動態范圍是指在同一圖像中的檢測強光和弱光細節的能力。在數值上,動態范圍可以定義為能檢測到的最大的信號(飽和水平)和最小信號(暗光條件下的噪底)。隨著像素尺寸的減小,可存儲在像素中的電荷量也隨之減少,所以動態范圍也將減小。

N0910YS160

   現在,文獻中提出了幾種潛在的解決方案。首先在產品中應用的一個技術是雙重(或多重)曝光。每一幅圖像都是由兩個(或更多)全分辨率曝光組成:一個短曝光捕捉亮光條件下的細節,一個長曝光捕捉暗光條件下的細節。盡管這種技術存在運動偽影,但它很容易實現,因為不需要對像素的設計或布局做任何 改變。

   另一種方案是所謂的LoΠC像素設計:像素電容局部溢出。此種像素通過添加一個額外的電容氣擴展了其電荷處理電容,此原理如圖7,11所示[24]。通常情況下,光子轉換發生在釘扎光敏二極管內,但在強光人射的情況下,該光敏二極管將飽和,電子由傳輸晶體管IlX溢出到懸浮擴散電容CFIl。如果電容器完全被“充滿”,進一步的溢出將經過TS晶體管而發生在Cs電容上。在曝光結束后,存儲在氣和CFIl中的電荷先被讀出電路所讀出。接下來懸浮擴散電容被重置,釘扎光敏二極管的電荷被轉移和讀出。因此,一個完整的讀出周期是由兩個讀周期組成的。額外的電容器在圖像捕獲的模式時作為輔助的存儲電容器,在信號讀出模式時作為輔助的電容器。LOΠC像素可以將動態范圍增加ωdB。LOFIC像素的概念很好地說明了CMOS圖像傳感器相比于CCD成像器有一巨大的優勢:集成輔助電路的能力,甚至在像素中集成輔助電路。這種解決方案在CCD中是不可能存在的。