CN106982337B - 一种cmos图像传感器及其像素电路、驱动方法 - Google Patents

一种cmos图像传感器及其像素电路、驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种CMOS图像传感器及其像素电路、驱动方法，涉及图像采集技术领域，能够避免在IC中额外增设界面电路。CMOS图像传感器的像素电路采集模块用于对入射光进行采集，并将采集到的光信号转换为电信号输出至所述源跟随模块；源跟随模块用于在扫描线的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至采集信号输出端；电压转换模块包括电流镜和升压子模块，电流镜用于在电流源和第一电压端的作用下，向升压子模块以及通过读取信号线向源跟随模块提供偏置电流；升压子模块用于在电流镜提供的偏置电流以及第二电压端的作用下，将采集信号输出端的电压转换至输出电压，该输出电压位于图像处理器的工作电压范围内。

Description

一种CMOS图像传感器及其像素电路、驱动方法
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器及其像素电路、驱动方法。
背景技术
图像传感器分为互补金属氧化物(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器，通常用于将光学信号转化为相应的电信号。相比之下，CMOS图像传感器因其具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等特点，而广泛应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车等场合。
上述CMOS图像传感器的像素单元(Pixel)中设置有由多个晶体管以及一个光电二极管(Photo Diode，PD)构成的像素电路。上述多个晶体管可以为CMOS晶体管或者为薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)。其中CMOS晶体管的迁移率(Mobility)较大，通常为1000cm2/VS，因此由CMOS晶体管构成的像素电路可以工作在相对低压的环境下，例如，以沟道长度L为0.35μm的晶体管为例，上述像素电路的工作电压范围可以为3.3V～0V(Ground)。基于此，对于TFT而言，当有源层(Active layer)采用低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)时，该TFT的迁移率为300～600cm2/VS；而当采用a-Si时，该TFT的迁移率为0.6～0.3cm2/VS。因此，TFT的迁移率远小于CMOS晶体管。在此情况下，当上述像素电路中的晶体管采用TFT时，该像素电路需要的工作电压范围更大。
基于此，为了使得TFT具有良好的开态，TFT源极和漏极之间需要具有较大的压差。现有技术通常采用负压对TFT的一极进行驱动，因此上述像素电路的输出端通常输出负压。在此情况下，由于接收该像素电路输出信号的集成电路(Integrated Circuit，IC)的工作电压为正压，因此为了使得像素电路的输出电压能够与IC相匹配，需要在IC中额外增设界面电路，这样一来将会导致IC的制作成本上升。
发明内容
本发明的实施例提供一种CMOS图像传感器及其像素电路、驱动方法，能够避免在IC中额外增设界面电路。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例的一方面，提供一种CMOS图像传感器的像素电路，用于向图像处理器输出采集信号，所述像素电路包括采集模块、源跟随模块以及电压转换模块；所述采集模块与所述源跟随模块相连接，所述采集模块用于对入射光进行采集，并将采集到的光信号转换为电信号输出至所述源跟随模块；所述源跟随模块还连接采集信号输出端和扫描线，所述源跟随模块用于在所述扫描线的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至所述采集信号输出端；所述电压转换模块通过读取信号线与所述采集信号输出端相连接，所述电压转换模块包括电流镜以及与所述电流镜相连接的升压子模块；所述电流镜与电流源、第一电压端、所述读取信号线以及所述升压子模块相连接，所述电流镜用于在所述电流源和所述第一电压端的作用下，向所述升压子模块以及通过所述读取信号线向所述源跟随模块提供偏置电流；所述升压子模块还连接第二电压端、电压输出端以及所述读取信号线，所述升压子模块用于在所述电流镜提供的偏置电流以及第二电压端的作用下，通过所述读取信号线将所述采集信号输出端的电压转换至输出电压，并由所述电压输出端输出；其中，所述输出电压位于所述图像处理器的工作电压范围内。
优选的，所述升压子模块包括：第一升压晶体管和第二升压晶体管；第一升压晶体管和第二升压晶体管均为N型晶体管；所述第一升压晶体管的栅极连接所述采集信号输出端，漏极连接所述电压输出端，源极与所述电流镜相连接；所述第二升压晶体管的栅极和漏极连接第二电压端，源极与所述电压输出端相连接。
优选的，所述升压子模块包括：第一升压晶体管和第二升压晶体管；第一升压晶体管和第二升压晶体管均为P型晶体管；当所述升压子模块还连接第三电压端时，所述第一升压晶体管的栅极连接所述采集信号输出端，源极连接所述电压输出端，漏极与所述电流镜相连接；所述第二升压晶体管的栅极连接所述第三电压端，源极连接所述第二电压端，漏极与所述电压输出端相连接。
进一步优选的，所述电流镜包括：第一共栅晶体管、第二共栅晶体管以及第三共栅晶体管；所述第一共栅晶体管、第二共栅晶体管以及第三共栅晶体管均为N型晶体管；所述第一共栅晶体管的栅极和漏极连接所述电流源，漏极与所述第一电压端相连接；所述第二共栅晶体管的栅极连接所述电流源，漏极连接所述采集信号输出端，源极与所述第一电压端相连接；所述第三共栅晶体管的栅极连接所述电流源，漏极连接所述升压子模块，源极与所述第一电压端相连接。
优选的，所述图像处理器提供所述电流源。
或者优选的，所述CMOS图像传感器提供所述电流源。
优选的，所述源跟随模块包括源跟随晶体管和开关晶体管；所述源跟随晶体管的栅极连接所述采集模块，第一极连接所述第二电压端，第二极与所述开关晶体管的第一极相连接；所述开关晶体管的栅极连接所述扫描线，第二极与通过所述采集信号输出端与所述读取信号线相连接。
优选的，所述采集模块连接重置电压端、重置控制信号端、传输控制信号端以及接地端；所述采集模块包括传输晶体管、重置晶体管、光电二极管、存储电容；所述传输晶体管的栅极连接所述传输控制信号端，第一极连接所述源跟随晶体管的栅极，第二极与所述光电二极管的N型区相连接；所述光电二极管的P型区连接所述接地端；所述重置晶体管的栅极连接所述重置控制信号端，第一极连接所述重置电压端，第二极与所述源跟随晶体管的栅极相连接；所述存储电容的第一端连接所述源跟随晶体管的栅极，第二极与所述接地端相连接。
本发明实施例的另一方面，提供一种CMOS图像传感器包括上所述的任意一种CMOS图像传感器的像素电路。
优选的，所述CMOS图像传感器包括采集区域以及设置于所述采集区域周围的周边区域；所述采集区域包括横纵交叉的多条扫描线与读取信号线；所述扫描线与所述读取信号线交叉界定多个像素单元；其中，每个像素单元中设置有采集模块和源跟随模块，同一列像素单元中的所述源跟随模块通过采集信号输出端与同一条所述读取信号线相连接；电压转换模块设置于所述周边区域，每一条所述读取信号线与一个所述电压转换模块相连接。
本发明实施例的又一方面，提供一种驱动如上所述的任意一种CMOS图像传感器像素电路的方法，所述方法包括：采集模块将接收到的光信号转换为电信号并输出至源跟随模块；所述源跟随模块在扫描线的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至采集信号输出端；电压转换模块的电流镜在电流源和第一电压端的作用下，向所述源跟随模块以及升压子模块提供偏置电流；所述升压子模块在所述电流镜提供的偏置电流以及第二电压端的作用下，将所述采集信号输出端的电压转换至输出电压，并由电压输出端输出；其中，所述输出电压位于图像处理器的工作电压范围内。
本发明实施例提供一种CMOS图像传感器及其像素电路、驱动方法。该像素电路包括采集模块、源跟随模块以及电压转换模块。其中，采集模块与源跟随模块相连接，该采集模块用于对入射光进行采集，并将采集到的光信号转换为电信号输出至源跟随模块。该源跟随模块还连接采集信号输出端和扫描线，源跟随模块用于在扫描线的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至采集信号输出端。此外，电压转换模块通过读取信号线与采集信号输出端相连接。该电压转换模块包括电流镜以及与电流镜相连接的升压子模块。具体的，电流镜与电流源、第一电压端、读取信号线以及升压子模块相连接。该电流镜用于在电流源和第一电压端的作用下，向升压子模块以及通过读取信号线向源跟随模块提供偏置电流。此外，升压子模块还连接第二电压端、电压输出端以及读取信号线，升压子模块用于在电流镜提供的偏置电流以及第二电压端的作用下，通过读取信号线将采集信号输出端的电压转换至输出电压，并由电压输出端输出。其中，输出电压位于图像处理器的工作电压范围内。
综上所述，一方面，由于该电流镜在电流源和第一电压端的作用下可以向源跟随模块提供偏置电流，使得读取信号线上有电流流过，因此能够使得读取信号线连接一负压接口，即上述第一电压端。这样一来，通过采集信号输出端与读取信号线相连接的像素电路中的晶体管可以受到上述第一电压端输出的负压的驱动，使得该晶体管的源极和漏极之间具有较大的压差，以具有良好的开态。另一方面，由于电流镜还可以向升压子模块提供偏置电流，因此该升压子模块可以在偏置电流的作用下处于工作状态。在此基础上，由于电压输出端输出的输出电压位于与该像素电路相连接的图像处理器的工作电压范围内，因此通过电压转换模块可以使得源跟随模块输出的电压与图像处理器的工作电压相匹配。这样一来，在上述升压过程中，本申请无需对图像处理器的内部结构进行改动，从而可以避免在图像处理器中增设界面电路导致成本上升的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种CMOS图像传感器像素电路的结构示意图；
图2为图1中源跟随模块和电压转换模块的一种具体结构示意图；
图3为图1中电压转换模块的另一种结构示意图；
图4a为图1中采集模块的结构示意图；
图4b为控制图4a所示电路结构的时序信号图；
图5为本发明实施例提供的一种CMOS图像传感器的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种CMOS图像传感器像素电路的驱动方法流程图。
附图标记：
01-图像处理器；02-CMOS图像传感器；100-采集区域；101-周边区域；10-采集模块；20-源跟随模块；30-电压转换模块；301-电流镜；302-升压子模块；VSS-第一电压端；VDD-第二电压端；Vbias-第三电压端；SEL-扫描线；RL-读取信号线；OUTPUT-电压输出端；Vout-输出电压；CS-电流源；A-采集信号输出端；Reset-重置控制信号端；Vrst-重置电压端；TX-传输控制信号端；MS1-第一升压晶体管；MS2-第二升压晶体管；MM1-第一共栅晶体管；MM2-第二共栅晶体管；MM3-第三共栅晶体管；MSF-源跟随晶体管；MSEL-开关晶体管；T1-传输晶体管；T2-重置晶体管；PD-光电二极管；Cst-存储电容。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种CMOS图像传感器的像素电路，用于向如图1所示的图像处理器01输出采集信号。其中，该图像处理器01用于对各个像素电路的采集信号进行整合，并输出图像数据。
基于此，该像素电路包括采集模块10、源跟随模块20以及电压转换模块30。
具体的，采集模块10与源跟随模块20相连接。该采集模块10于对入射光进行采集，并将采集到的光信号转换为电信号输出至源跟随模块20。
源跟随模块20还连接采集信号输出端A和扫描线SEL。该源跟随模块20用于在扫描线SEL的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至采集信号输出端A。
在此基础上，电压转换模块30通过读取信号线RL与采集信号输出端A相连接。其中，该电压转换模块30包括电流镜301以及与电流镜301相连接的升压子模块302。
具体的，电流镜301与电流源CS、第一电压端VSS、读取信号线RL以及升压子模块302相连接。该电流镜用于在电流源CS和第一电压端VSS的作用下，向升压子模块302以及通过读取信号线RL向源跟随模块20提供偏置电流。
此外，升压子模块302还连接第二电压端VDD、电压输出端OUTPUT以及读取信号线RL。该升压子模块302用于在电流镜CS提供的偏置电流以及第二电压端VDD的作用下，通过读取信号线RL将采集信号输出端A的电压转换至输出电压Vout，并由电压输出端OUTPUT输出。其中，该输出电压Vout位于图像处理器01的工作电压范围内。
例如，当该图像处理器01的工作电压范围为0～3V时，上述0V＜Vout＜3V。此时，输出电压Vout与图像处理器01的工作电压相匹配。
需要说明的是，本发明实施例中是以上述第一电压端VSS输出低电平，第二电压端VDD输出高电平为例进行的说明。此外，上述第一电压端VSS输出电压的大小，例如-5V小于图像处理器01工作电压的最小值，例如0V。第二电压端VDD输出电压的大小，例如5V大于图像处理器01工作电压的最大值，例如3V。
综上所述，一方面，由于该电流镜301在电流源CS和第一电压端VSS的作用下可以向源跟随模块20提供偏置电流，使得读取信号线RL上有电流流过，因此能够使得读取信号线RL连接一负压接口，即上述第一电压端VSS。这样一来，通过采集信号输出端A与读取信号线RL相连接的像素电路中的晶体管可以受到上述第一电压端VSS输出的负压的驱动，使得该晶体管的源极和漏极之间具有较大的压差，以具有良好的开态。
另一方面，由于电流镜301还可以向升压子模块302提供偏置电流，因此该升压子模块302可以在偏置电流的作用下处于工作状态。在此基础上，由于电压输出端OUTPUT输出的输出电压Vout位于与该像素电路相连接的图像处理器01的工作电压范围内，因此通过电压转换模块30可以使得源跟随模块20输出的电压与图像处理器01的工作电压相匹配。这样一来，在上述升压过程中，本申请无需对图像处理器01的内部结构进行改动，从而可以避免在图像处理器01中增设界面电路导致成本上升的问题。基于此，对于迁移率较低且阈值电压Vth较高的晶体管，例如采用a-Si工艺制成的TFT，上述电压转换模块30更加适用。
以下，对如图1所示的各个模块的具体结构进行详细的说明。
具体的，如图2所示，上述升压子模块302包括：第一升压晶体管MS1和第二升压晶体管MS2。第一升压晶体管MS1和第二升压晶体管MS2均为N型晶体管。
在此情况下，第一升压晶体管MS1的栅极连接采集信号输出端A，漏极连接电压输出端OUTPUT，源极与电流镜301相连接。
第二升压晶体管MS2的栅极和漏极连接第二电压端VDD，源极与电压输出端OUTPUT相连接。
或者，在上述升压子模块302包括第一升压晶体管MS1和第二升压晶体管MS2，且第一升压晶体管MS1和第二升压晶体管MS2均为P型晶体管的情况下，当上述升压子模块302还连接如图3所示的第三电压端Vbias时，上述第一升压晶体管MS1和第二升压晶体管MS2的连接方式为：
第一升压晶体管MS1的栅极连接采集信号输出端A，源极连接电压输出端OUTPUT，漏极与电流镜301相连接。
此外，第二升压晶体管MS2的栅极连接第三电压端Vbias，源极连接第二电压端VDD，漏极与电压输出端OUTPUT相连接。
基于此，上述电流镜301如图2所示包括：第一共栅晶体管MM1、第二共栅晶体管MM2以及第三共栅晶体管MM3。其中，第一共栅晶体管MM1、第二共栅晶体管MM2以及第三共栅晶体管MM3均为N型晶体管。
具体的，上述第一共栅晶体管MM1的栅极和漏极连接电流源CS，漏极与第一电压端VSS相连接。
第二共栅晶体管MM2的栅极连接电流源CS，漏极连接采集信号输出端A，源极与第一电压端VSS相连接。
第三共栅晶体管MM3的栅极连接电流源CS，漏极连接升压子模块302，源极与第一电压端VSS相连接。
在此情况下，流过第二共栅晶体管MM2的电流I01以及流过第三共栅晶体管MM3的电流I02可以镜像流过第一共栅晶体管MM1的电流Ir。
其中，上述电流满足以下公式：
I01/Ir＝(W/L)2/(W/L)1；
I02/Ir＝(W/L)3/(W/L)1；
(W/L)1为第一共栅晶体管MM1的宽长比；(W/L)2为第二共栅晶体管MM2的宽长比；(W/L)3为第三共栅晶体管MM3的宽长比。通过调节第二共栅晶体管MM2和第三共栅晶体管MM3的宽长比，可以调节镜像电流的大小。
此外，除了调节宽长比以外，还可以通过增设部分晶体管达到调节镜像电流的目的。例如，如图3所示该电流镜301还可以包括一个与第一共栅晶体管MM1串联的晶体管MM1’；此外，还可以包括一个与第二共栅晶体管MM2串联的晶体管MM2’。其中，晶体管MM1’与晶体管MM2’的栅极相连接。
在此基础上，当上述升压子模块302的结构如图2所示时，该第三共栅晶体管MM3的漏极连接第一升压晶体管MS1的源极。在此情况下，为了使得电压输出端OUTPUT输出的输出电压Vout位于图像处理器01的工作电压范围内，第二电压端VDD的电压，以及流过第三共栅晶体管MM3的电流I02可以满足以下公式：
Vmin＜VDD-I02×Rs2＜Vmax；
其中，为Rs2第二升压晶体管MS2的等效电容。Vmin为图像处理器01工作电压的最小值，例如0V，Vmax图像处理器01工作电压的最大值，例如3V。
此外，如图2所示，第二升压体管MS2处于二极管连接(Diode-connected)形式。此时该的第二升压晶体管MS2栅极和漏极的电压相同，从而可以减小由于升压子模块302中晶体管的特性不均而产生的额外增益，使得采集信号输出端A的电压变化值与电压输出端OUTPUT输出的输出电压Vout的变化值能够尽可能同步，从而可以减小上述增益对CMOS图像传感器采集信号的精度造成的影响。
或者，当上述升压子模块302的结构如图3所示时，该第三共栅晶体管MM3的漏极连接第一升压晶体管MS1的漏极。此时，由于第一升压晶体管MS1的源极连接电压输出端OUTPUT，漏极连接第一升压晶体管MS1的漏极。因此第一升压晶体管MS1为跟随器，该第一升压晶体管MS1的源极电压Vs为栅极电压Vg与该第一升压晶体管MS1的阈值电压Vth之和，即Vg+Vth＝Vs。在此情况下，为了使得电压输出端OUTPUT输出的输出电压Vout位于图像处理器01的工作电压范围内，可以满足以下公式：
Vmin＜Vg+Vth＜Vmax。
由上述可知，由于图3中第一升压晶体管MS1为跟随器，因此该第一升压晶体管MS1的栅极电压Vg，即上述采集信号输出端A的电压变化值与电压输出端OUTPUT输出的输出电压Vout的变化值同步，从而可以避免由于升压子模块302中晶体管的特性不均而产生的额外增益对CMOS图像传感器采集信号的精度造成的影响。相对于图2所示的结构而言，图3所示的升压子模块301的电压转换精度更高。
综上所述，通过上述升压子模块302可以将电压输出端OUTPUT输出的输出电压Vout转换至图像处理器01的工作电压范围内，因此解决了读取信号线RL连接负压接口，导致源跟随模块20输出电压与图像处理器01的工作电压不匹配的问题。
在此基础上，上述电流源CS可以由外部电路单独提供，或者还可以由该CMOS图像传感器的内部电路提供；又或者，为了进一步提高源跟随模块20输出电压与图像处理器01的工作电压的匹配程度，优选的电流源CS由于该图像处理器01提供。
接下来，对源跟随模块20以及采集模块10的具体结构进行详细的说明。
具体的，如图2或图4a所示，源跟随模块20包括源跟随晶体管和MSF和开关晶体管MSEL。
其中，源跟随晶体管MSF的栅极连接采集模块10，第一极连接第二电压端VDD，第二极与开关晶体管MSEL的第一极相连接。
开关晶体管MSEL的栅极连接扫描线SEL，第二极通过采集信号输出端A与读取信号线RL相连接。
在此基础上，当采集模块10连接重置电压端Vrst、重置控制信号端Reset、传输控制信号端TX以及接地端时。采集模块10如图4a所示包括传输晶体管T1、重置晶体管T2、光电二极管PD以及存储电容Cst。
其中，传输晶体管T1的栅极连接传输控制信号端TX，第一极连接源跟随晶体管MSF的栅极，第二极与光电二极管PD的N型区相连接。光电二极管PD的P型区连接接地端。
重置晶体管T2的栅极连接重置控制信号端Reset，第一极连接重置电压端Vrst，第二极与源跟随晶体管MSF的栅极相连接。
存储电容Cst的第一端连接所述源跟随晶体管MSF的栅极，第二极与接地端相连接。
基于此，上述采集模块10和源跟随模块20的驱动过程具体为：
如图4b所示，在第一阶段P1，重置控制信号端Reset输出高电平，控制重置晶体管T2导通，以将重置电压端Vrst的电压输出至源跟随晶体管MSF的栅极，从而对该源跟随晶体管MSF的栅极电压进行重置，并将存储于存储电容Cst中的电荷进行释放。避免上一图像帧残留于中的源跟随晶体管MSF的栅极和存储电容Cst中的电荷对本图像帧的采集电压造成影响。
接下来，在第二阶段P2，传输控制信号端TX输出高电平，以在传输控制信号端TX的控制下，将传输晶体管T1导通，从而使得光电二极管PD接受入射光，并在光线照射下进行光电转化产生光生载流子。该光生载流子自光电二极管PD转移至浮空扩散区(FloatingDiffusion，FD)。
接下来，在第三阶段P3，源跟随晶体管MSF在浮空扩散区的作用下导通。此外，扫描线SEL输出高电平，从而在扫描线SEL控制下，开关晶体管MSEL也导通，使得上述光生载流子依次从浮浮空扩散区经过具有放大缓冲作用的源跟随晶体管MSF、开关晶体管MSEL输出至采集信号输出端A，以及与该采集信号输出端A相连接的读取信号线RL上，从而完成了一次光信号的采集与输出。
在此基础上，电流源CS启动，以开启上述电压转换模块30。由上述可知，通过上述电压转换模块30接收上述读取信号线RL输出的电压，将该电压转换至图像处理器01的工作电压范围内，达到了读取信号线RL输出电压与图像处理器01的工作电压相匹配的目的。
需要说明的是，上述采集模块10包括传输晶体管T1、重置晶体管T2，源跟随模块20包括源跟随晶体管和MSF和开关晶体管MSEL。因此采集模块10与源跟随模块20一共包括4个晶体管，从而构成了4T-APS(Active Pixel Sensor，主动式像素传感器)。或者，上述采集模块10还可以只包括一个晶体管，即上述重置晶体管T2，光电二极管PD的N型区直接与浮空扩散区相连接。这样一来，采集模块10与源跟随模块20可以构成3T-APS。在此情况下，图4b中的第二阶段P2可以省略。
此外，本发明可以将上述APS第一次采集的信号，经过电压转换模块30进行电压转换后，在图像处理器01中直接进行图像处理。或者将APS第一次采集的信号，经过电压转换模块30进行电压转换后，在图像处理器01中作为参考值，并将之后采集的信号逐一与该参考值作比较，然后再将比较值进行图像处理。
本发明实施提供一种CMOS图像传感器，包括如上所述的任意一种CMOS图像传感器的像素电路。具有与前述实施例提供的CMOS图像传感器相同的有益效果，此处不再赘述。
此外，如图5所示，该CMOS图像传感器02包括采集区域100以及设置于采集区域100周围的周边区域101。
其中，采集区域100包括横纵交叉的多条扫描线SEL与读取信号线RL。该扫描线SEL与读取信号线RL交叉界定多个像素单元Pixel。其中每个像素单元Pixel中设置有如图1所示的采集模块10和源跟随模块20。且同一列像素单元Pixel中的源跟随模块20通过采集信号输出端A与同一条读取信号线RL相连接。
在此基础上，当该CMOS图像传感器的采集精度提高时，分辨率也随之提高，从而使得像素单元Pixel的布线面积逐渐减小。为了适应高分辨率的需求，优选的，电压转换模块30设置于周边区域101，且每一条读取信号线RL与一个电压转换模块302相连接。由于每个像素单元Pixel中的采集模块10和源跟随模块20逐行开启，因此上述电压转换模块30可以对该源跟随模块20通过读取信号线RL输出采集电压逐行进行电压转化，以使得每一行像素单元Pixel中的源跟随模块20输出的电压均能够与图像处理器01的工作电压相匹配。
本发明实施例提供一种驱动如上所述的任意一种CMOS图像传感器像素电路的方法，如图6所示，该方法包括：
S101、如图1所示的采集模块10将接收到的光信号转换为电信号并输出至源跟随模块20。
S102、源跟随模块20在扫描线SEL的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至采集信号输出端A。
其中，当上述采集模块10和源跟随模块20的结构如图4a所示时，该采集模块10和源跟随模块20的驱动过程同上所述，此处不再赘述。
S103、电压转换模块30的电流镜301在电流源CS和第一电压端VSS的作用下，向源跟随模块20以及升压子模块302提供偏置电流。
其中，当电流镜301的结构如图2、3或4所示时，该电流镜CS提供偏置电流的过程如上所述，此处不再赘述。
S104、升压子模块302在电流镜301提供的偏置电流以及第二电压端VDD的作用下，将采集信号输出端A的电压转换至输出电压Vout，并由电压输出端OUTPUT输出。
其中，该输出电压Vout位于图像处理器01的工作电压范围内。
具体的，当升压子模块302的结构如图2或图3所示时，升压子模块302的升压过程如上所述，此处不再赘述。
上述CMOS图像传感器像素电路的驱动方法与前述实施例提供的CMOS图像传感器像素电路具有相同的有益效果，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种CMOS图像传感器的像素电路，用于向图像处理器输出采集信号，其特征在于，所述像素电路包括采集模块、源跟随模块以及电压转换模块；
所述采集模块与所述源跟随模块相连接，所述采集模块用于对入射光进行采集，并将采集到的光信号转换为电信号输出至所述源跟随模块；
所述源跟随模块还连接采集信号输出端和扫描线，所述源跟随模块用于在所述扫描线的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至所述采集信号输出端；
所述电压转换模块通过读取信号线与所述采集信号输出端相连接，所述电压转换模块包括电流镜以及与所述电流镜相连接的升压子模块；
所述电流镜与电流源、第一电压端、所述读取信号线以及所述升压子模块相连接，所述电流镜用于在所述电流源和所述第一电压端的作用下，向所述升压子模块以及通过所述读取信号线向所述源跟随模块提供偏置电流；
所述升压子模块还连接第二电压端、电压输出端以及所述读取信号线，所述升压子模块用于在所述电流镜提供的偏置电流以及第二电压端的作用下，通过所述读取信号线将所述采集信号输出端的电压转换至输出电压，并由所述电压输出端输出；其中，所述输出电压位于所述图像处理器的工作电压范围内。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述升压子模块包括：第一升压晶体管和第二升压晶体管；所述第一升压晶体管和所述第二升压晶体管均为N型晶体管；
所述第一升压晶体管的栅极连接所述采集信号输出端，漏极连接所述电压输出端，源极与所述电流镜相连接；
所述第二升压晶体管的栅极和漏极连接第二电压端，源极与所述电压输出端相连接。
3.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述升压子模块包括：第一升压晶体管和第二升压晶体管；所述第一升压晶体管和所述第二升压晶体管均为P型晶体管；
当所述升压子模块还连接第三电压端时，所述第一升压晶体管的栅极连接所述采集信号输出端，源极连接所述电压输出端，漏极与所述电流镜相连接；
所述第二升压晶体管的栅极连接所述第三电压端，源极连接所述第二电压端，漏极与所述电压输出端相连接。
4.根据权利要求1～3任一项所述的像素电路，其特征在于，所述电流镜包括：第一共栅晶体管、第二共栅晶体管以及第三共栅晶体管；所述第一共栅晶体管、第二共栅晶体管以及所述第三共栅晶体管均为N型晶体管；
所述第一共栅晶体管的栅极和漏极连接所述电流源，漏极与所述第一电压端相连接；
所述第二共栅晶体管的栅极连接所述电流源，漏极连接所述采集信号输出端，源极与所述第一电压端相连接；
所述第三共栅晶体管的栅极连接所述电流源，漏极连接所述升压子模块，源极与所述第一电压端相连接。
5.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述图像处理器提供所述电流源。
6.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述CMOS图像传感器提供所述电流源。
7.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述源跟随模块包括源跟随晶体管和开关晶体管；
所述源跟随晶体管的栅极连接所述采集模块，第一极连接所述第二电压端，第二极与所述开关晶体管的第一极相连接；
所述开关晶体管的栅极连接所述扫描线，第二极通过所述采集信号输出端与所述读取信号线相连接。
8.根据权利要求7所述的像素电路，其特征在于，所述采集模块连接重置电压端、重置控制信号端、传输控制信号端以及接地端；所述采集模块包括传输晶体管、重置晶体管、光电二极管、存储电容；
所述传输晶体管的栅极连接所述传输控制信号端，第一极连接所述源跟随晶体管的栅极，第二极与所述光电二极管的N型区相连接；所述光电二极管的P型区连接所述接地端；
所述重置晶体管的栅极连接所述重置控制信号端，第一极连接所述重置电压端，第二极与所述源跟随晶体管的栅极相连接；
所述存储电容的第一端连接所述源跟随晶体管的栅极，第二端与所述接地端相连接。
9.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的CMOS图像传感器的像素电路。
10.根据权利要求9所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器包括采集区域以及设置于所述采集区域周围的周边区域；
所述采集区域包括横纵交叉的多条扫描线与读取信号线；所述扫描线与所述读取信号线交叉界定多个像素单元；
其中，每个像素单元中设置有采集模块和源跟随模块，同一列像素单元中的所述源跟随模块通过采集信号输出端与同一条所述读取信号线相连接；
电压转换模块设置于所述周边区域，每一条所述读取信号线与一个所述电压转换模块相连接。
11.一种驱动如权利要求1-8任一项所述的CMOS图像传感器的像素电路的方法，其特征在于，所述方法包括：
采集模块将接收到的光信号转换为电信号并输出至源跟随模块；
所述源跟随模块在扫描线的控制下，将接收到的电信号进行放大和缓冲并输出至采集信号输出端；
电压转换模块的电流镜在电流源和第一电压端的作用下，向所述源跟随模块以及升压子模块提供偏置电流；
所述升压子模块在所述电流镜提供的偏置电流以及第二电压端的作用下，将所述采集信号输出端的电压转换至输出电压，并由电压输出端输出；其中，所述输出电压位于图像处理器的工作电压范围内。
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