CN109951655A - 双转换增益图像传感器的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双转换增益图像传感器的实现方法，包括：复位图像传感器像素的光电二极管；积分所述光电二极管上的光生载流子；对浮置扩散区进行复位；取样复位信号；控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号。

Description

双转换增益图像传感器的实现方法

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别涉及双转换增益(Dual Conversion Gain)高动态范围图像传感器的实现方法。

背景技术

标准图像传感器具有大致60dB至70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度的动态范围要打得多。自然景象通常跨越90dB及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用了高动态范围技术来增大所捕获的动态范围。增大动态范围的最常见技术为将用标准（低动态范围）图像传感器捕获的多个曝光合并成单个线性高动态图像，所述单个线性高动态范围图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。

最常见的高动态范围图像传感器解决方案中的方法中，为使得多个曝光进入单个图像传感器，在具有不同曝光积分时间或不同灵敏度的情况下，一个图像传感器可在单个图像传感器中具有多个不同的曝光。使用这种高动态范围图像传感器，可在单词拍摄中得到多个曝光图像。然而，与正常权分辨率图像传感器相比，在使用这种高动态图像传感器的情况下，总图像分辨率降低了，举例来说，对应在一个图像传感器中组合4个不同曝光的高动态范围图像传感器，每一个高动态范围图像传感的分辨率仅为全分辨率图像的四分之一。

因此，引入高帧率、低功耗的高动态范围图像传感器为业内亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双转换增益图像传感器，包括：提供一种双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，包括：

复位图像传感器像素的光电二极管；

积分所述光电二极管上的光生载流子；

对浮置扩散区进行复位；

取样复位信号；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；

基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号。

优选的，对浮置扩散区进行复位，取样复位信号的过程包括：

将所述浮置扩散区设定为低转换增益；

执行所述像素的浮置扩散区的复位；

执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

从所述浮置扩散区取样低转换增益复位信号；

将所述浮置扩散区设定为高转换增益；

从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

优选的，从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后：

再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；

基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；

同时取样高转换增益的浮置扩散区的信号和低转换增益的浮置扩散区的信号。

优选的，在所述再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除的步骤之后；

在所述控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区的步骤之前；

再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

优选的，对浮置扩散区进行复位，取样复位信号的过程包括：

将所述浮置扩散区设定为低转换增益；

执行所述像素的浮置扩散区的复位；

执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

将所述浮置扩散区设定为高转换增益；

从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

优选的，从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后：

再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；

基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；

同时取样高转换增益的浮置扩散区的信号和低转换增益的浮置扩散区的信号。

优选的，在所述再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除的步骤之后；

在所述控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区的步骤之前；

再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

优选的，对浮置扩散区进行复位，取样复位信号的过程包括：

将所述浮置扩散区设定为低转换增益；

执行所述像素的浮置扩散区的复位；

将所述浮置扩散区设定为高转换增益；

执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

优选的，所述基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启时进行。

优选的，所述基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管关闭后进行。

优选的，提供控制晶体管，其耦接于浮置扩散区；所述控制晶体管的栅极耦合于列控制线，通过控制晶体管调整浮置扩散区的电容大小，实现浮置扩散区的增益切换。

优选的，采用上下两段的列控制线分别控制一列图像传感器的上半部分控制晶体管和下半部分的控制晶体管，以减少列控制线的负载。

优选的，判断时间小于等于取样图像信号时间的1/2。

优选的，其进一步包括：

所述低转换增益图像信号与低转换增益复位信号之间的差异确定所述低转换增益相关双取样图像信号输出值。

所述高转换增益图像信号与高转换增益复位信号之间的差异确定所述高转换增益相关双取样图像信号输出值。

优选的，低转换增益图像信号-输入失调消除后的低转换增益复位信号=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值；

高转换增益图像信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

优选的，所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后，再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除，再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号的过程中，

低转换增益图像信号-（输入失调消除后的低转换增益复位信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号）-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=低转换增益相关双取样图像信号输出值；

高转换增益图像信号-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

优选的，低转换增益图像信号-f(输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号)=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值,其中f为第一函数；

高转换增益图像信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

优选的，所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后，再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除，再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号的过程中，

低转换增益图像信号- g(输入失调消除后的设定为高转化增益高转换增益复位信号，再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号) =低转换增益相关双取样图像信号输出值,其中g为第二函数；

高转换增益图像信号-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

优选的，低转换增益图像信号-y(输入失调消除后的高转换增益复位信号)+ΔRef=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值;其中ΔRef=j(暗像素在不操作转移晶体管时输入失调消除后的高转换增益复位信号，暗像素的转换增益转变为低转换增益时的低转换增益复位信号)；其中y为第三函数，j为第四函数；

高转换增益图像信号-输入失调消除后高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

本发明与现有高动态范围图像传感器相比，存在如下优势： 现有的帧内高动态图像传感器需要分别两次读取低增益图像信号和高增益图像信号，无法保证在高帧率的情况下实现帧内高动态，本发明通过自适应的切换图像传感器的浮置扩散区的转换增益，将高增益的图像信号和低增益的图像信号一次读出，相比两次读出可以将图像传感器的帧率提升一倍，同时也可以节省功耗。

附图说明

通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方式，本发明所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

图1为本发明一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图；

图2为本发明另一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图；

图3为本发明A实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；

图4为本发明B实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；

图5为本发明C实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；

图6为本发明D实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；

图7为本发明E实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；

图8为本发明F实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；

图9为本发明一实施例中输入失调消除功能的电路示意图；

图10为本发明双转换增益图像传感器的实现方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种双转换增益图像传感器的实现方法，包括：

复位图像传感器像素的光电二极管；

积分所述光电二极管上的光生载流子；

对浮置扩散区进行复位；

取样复位信号；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；

基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号。

以下结合具体实施方式对本发明进行说明，

第一实施例：

请参考图1、图3、图9;

图1为本发明第一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图；

图3为本发明A实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；图9为本发明一实施例中输入失调消除功能的电路示意图；

图1中为双转换增益图像传感器的图像传感器像素，包括：TX转移晶体管100，光电二极管110，RST复位晶体管120，FD浮置扩散区130，SF源跟随晶体管140，SEL选择晶体管150，DCG控制晶体管160，控制晶体管160其耦接于浮置扩散区130；控制晶体管的栅极耦合于列控制线，通过控制晶体管调整浮置扩散区的电容大小，实现浮置扩散区的增益切换，采用上下两段的列控制线分别控制一列图像传感器的上半部分控制晶体管和下半部分的控制晶体管，以减少列控制线的负载。图像传感器像素还包括：第一电容170，第二电容180，PXD信号190。请继续参考图2，图2为为本发明另一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图，在该实施例中，与图1不同的地方在于控制晶体管160、第一电容170的位置，但原理和实现方法相同。

请同时参考图3，图3中包括：RST的控制信号、FD浮置扩散区130端的信号及EQ（输入失调消除）的控制信号的时序图。

复位图像传感器像素的光电二极管110；积分所述光电二极管110上的光生载流子；对浮置扩散区130进行复位；将所述浮置扩散区130设定为低转换增益；执行所述像素的浮置扩散区130的复位；执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除EQ；从所述浮置扩散区130取样低转换增益复位信号；将所述浮置扩散区130设定为高转换增益；从所述浮置扩散区130取样高转换增益复位信号；

控制转移晶体管100，将光生载流子全部或部分的从所述光电二极管110转移到所述浮置扩散区130；基于浮置扩散区130电压判断对应的浮置扩散区130是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区130进行相应的设置；其中，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启后（图3 中A点）进行的。请继续参考图4，图4为本发明B实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图，该实施例中与图3的差别在于，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启中（图4 中C点）进行的。取样参考信号在图4中D点进行。

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号（图3中 B点）；其中，判断时间小于等于取样图像信号时间的1/2

基于低转换增益图像信号与低转换增益复位信号之间的差异确定所述低转换增益相关双取样图像信号输出值。高转换增益图像信号与高转换增益复位信号之间的差异确定所述高转换增益相关双取样图像信号输出值。在本实施例中，低转换增益图像信号-输入失调消除后的低转换增益复位信号=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值；

高转换增益图像信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

第二实施例：请参考图1、图5、图9

图1为本发明一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图；

图5为本发明C实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；图9为本发明一实施例中输入失调消除功能的电路示意图；

图1中为双转换增益图像传感器的图像传感器像素，包括：TX转移晶体管100，光电二极管110，RST复位晶体管120，FD浮置扩散区130，SF源跟随晶体管140，SEL选择晶体管150，DCG控制晶体管160，控制晶体管160其耦接于浮置扩散区130；控制晶体管的栅极耦合于列控制线，通过控制晶体管调整浮置扩散区的电容大小，实现浮置扩散区的增益切换，采用上下两段的列控制线分别控制一列图像传感器的上半部分控制晶体管和下半部分的控制晶体管，以减少列控制线的负载。图像传感器像素还包括：第一电容170，第二电容180，PXD信号190。请继续参考图2，图2为为本发明另一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图，在该实施例中，与图1不同的地方在于控制晶体管160、第一电容170的位置，但原理和实现方法相同。

请同时参考图5，图5中包括：RST的控制信号、FD浮置扩散区130端的信号及EQ（输入失调消除）的控制信号的时序图。

复位图像传感器像素的光电二极管110；积分所述光电二极管110上的光生载流子；对浮置扩散区130进行复位；将所述浮置扩散区130设定为低转换增益；执行所述像素的浮置扩散区130的复位；执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除EQ；从所述浮置扩散区130取样低转换增益复位信号；将所述浮置扩散区130设定为高转换增益；从所述浮置扩散区130取样高转换增益复位信号；再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除；再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

控制转移晶体管100，将光生载流子全部或部分的从所述光电二极管110转移到所述浮置扩散区130；基于浮置扩散区130电压判断对应的浮置扩散区130是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区130进行相应的设置；其中，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启后（图5中A点）进行的。请继续参考图6，图6为本发明D实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图，该实施例中与图5的差别在于，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启中（图6中C点）进行的。取样复位信号在图6 中的D点。

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号（图5中 B点）；其中，判断时间小于等于取样图像信号时间的1/2。

基于低转换增益图像信号与低转换增益复位信号之间的差异确定所述低转换增益相关双取样图像信号输出值。高转换增益图像信号与高转换增益复位信号之间的差异确定所述高转换增益相关双取样图像信号输出值。在本实施例中，所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后，再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除，再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号的过程中，

低转换增益图像信号-（输入失调消除后的低转换增益复位信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号）-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=低转换增益相关双取样图像信号输出值；

高转换增益图像信号-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

第三实施例

请参考图1、图3、图9

图1为本发明第一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图；

图3为本发明A实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；图9为本发明一实施例中输入失调消除功能的电路示意图；

图1中为双转换增益图像传感器的图像传感器像素，包括：TX转移晶体管100，光电二极管110，RST复位晶体管120，FD浮置扩散区130，SF源跟随晶体管140，SEL选择晶体管150，DCG控制晶体管160，控制晶体管160其耦接于浮置扩散区130；控制晶体管的栅极耦合于列控制线，通过控制晶体管调整浮置扩散区的电容大小，实现浮置扩散区的增益切换，采用上下两段的列控制线分别控制一列图像传感器的上半部分控制晶体管和下半部分的控制晶体管，以减少列控制线的负载。图像传感器像素还包括：第一电容170，第二电容180，PXD信号190。请继续参考图2，图2为为本发明另一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图，在该实施例中，与图1不同的地方在于控制晶体管160、第一电容170的位置，但原理和实现方法相同。

请同时参考图5，图5中包括：RST的控制信号、FD浮置扩散区130端的信号及EQ（输入失调消除）的控制信号的时序图。

复位图像传感器像素的光电二极管110；积分所述光电二极管110上的光生载流子；对浮置扩散区130进行复位；将所述浮置扩散区130设定为低转换增益；执行所述像素的浮置扩散区130的复位；执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除EQ；将所述浮置扩散区130设定为高转换增益；从所述浮置扩散区130取样高转换增益复位信号。

控制转移晶体管100，将光生载流子全部或部分的从所述光电二极管110转移到所述浮置扩散区130；基于浮置扩散区130电压判断对应的浮置扩散区130是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区130进行相应的设置；其中，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启后（图3 中A点）进行的。请继续参考图4，图4为本发明B实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图，该实施例中与图3的差别在于，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启中（图4中C点）进行的。取样复位信号在图4中D点进行。

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号（图3中 B点）；其中，判断时间小于等于取样图像信号时间的1/2

低转换增益图像信号-f(输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号)=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值,其中f为第一函数；输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号=x, f(x)=x/4或f(x)=x

高转换增益图像信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

第四实施例：请参考图1、图5、图9

图1为本发明一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图；

图5为本发明C实施例中输入失调消除功能的电路示意图；

图9为本发明一实施例中输入失调消除功能的电路示意图；

图1中为双转换增益图像传感器的图像传感器像素，包括：TX转移晶体管100，光电二极管110，RST复位晶体管120，FD浮置扩散区130，SF源跟随晶体管140，SEL选择晶体管150，DCG控制晶体管160，控制晶体管160其耦接于浮置扩散区130；控制晶体管的栅极耦合于列控制线，通过控制晶体管调整浮置扩散区的电容大小，实现浮置扩散区的增益切换，采用上下两段的列控制线分别控制一列图像传感器的上半部分控制晶体管和下半部分的控制晶体管，以减少列控制线的负载。图像传感器像素还包括：第一电容170，第二电容180，PXD信号190。请继续参考图2，图2为为本发明另一实施例中图像传感器像素的示意图，在该实施例中，与图1不同的地方在于控制晶体管160、第一电容170的位置，但原理和实现方法相同。

请同时参考图5，图5中包括：RST的控制信号、FD浮置扩散区130端的信号及EQ（输入失调消除）的控制信号的时序图。

复位图像传感器像素的光电二极管110；积分所述光电二极管110上的光生载流子；对浮置扩散区130进行复位；将所述浮置扩散区130设定为低转换增益；执行所述像素的浮置扩散区130的复位；执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除EQ；从所述浮置扩散区130取样低转换增益复位信号；将所述浮置扩散区130设定为高转换增益；从所述浮置扩散区130取样高转换增益复位信号；再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除；再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

控制转移晶体管100，将光生载流子全部或部分的从所述光电二极管110转移到所述浮置扩散区130；基于浮置扩散区130电压判断对应的浮置扩散区130是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区130进行相应的设置；其中，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启后（图3 中A点）进行的。请继续参考图6，图6为本发明D实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图，该实施例中与图5的差别在于，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启中（图6中C点）进行的。取样复位信号在图6 中的D点。

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号（图5中 B点）；其中，判断时间小于等于取样图像信号时间的1/2。

在本实施例中，所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后，再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除，再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号的过程中，低转换增益图像信号- g(输入失调消除后的设定为高转化增益高转换增益复位信号，再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号) =低转换增益相关双取样图像信号输出值,其中g为第二函数；输入失调消除后的设定为高转化增益高转换增益复位信号=x,再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=y, g(x,y)=(x+y)/8或g(x,y)=(x+y)/8。

高转换增益图像信号-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

第五实施例

请参考图1、图7、图9

图1为本发明第一实施例中图像传感器像素电路结构的示意图；

图7为本发明E实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图；图9为本发明一实施例中输入失调消除功能的电路示意图；

图1中为双转换增益图像传感器的图像传感器像素，包括：TX转移晶体管100，光电二极管110，RST复位晶体管120，FD浮置扩散区130，SF源跟随晶体管140，SEL选择晶体管150，DCG控制晶体管160，控制晶体管160其耦接于浮置扩散区130；控制晶体管的栅极耦合于列控制线，通过控制晶体管调整浮置扩散区的电容大小，实现浮置扩散区的增益切换，采用上下两段的列控制线分别控制一列图像传感器的上半部分控制晶体管和下半部分的控制晶体管，以减少列控制线的负载。图像传感器像素还包括：第一电容170，第二电容180，PXD信号190。请继续参考图2，图2为为本发明另一实施例中图像传感器像素的示意图，在该实施例中，与图1不同的地方在于控制晶体管160、第一电容170的位置，但原理和实现方法相同。

请同时参考图7，图7中包括：RST的控制信号、FD浮置扩散区130端的信号及EQ（输入失调消除）的控制信号的时序图。

复位图像传感器像素的光电二极管110；积分所述光电二极管110上的光生载流子；对浮置扩散区130进行复位；将所述浮置扩散区设定为低转换增益；

执行所述像素的浮置扩散区的复位；

将所述浮置扩散区设定为高转换增益；

执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

控制转移晶体管100，将光生载流子全部或部分的从所述光电二极管110转移到所述浮置扩散区130；基于浮置扩散区130电压判断对应的浮置扩散区130是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区130进行相应的设置；其中，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启后（图3 中A点）进行的。请继续参考图8，图8为本发明F实施例中双转换增益图像传感器的实现方法中部分信号的时序图，该实施例中与图7的差别在于，判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启中（图8中C点）进行的。取样信号是在图8中D点进行。

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号（图7中 B点）；其中，判断时间小于等于取样图像信号时间的1/2。

本实施例中，在像素阵列的部分区域引入了暗像素。

低转换增益图像信号-y(输入失调消除后的高转换增益复位信号)+ΔRef=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值;其中ΔRef=j(暗像素在不操作转移晶体管时输入失调消除后的高转换增益复位信号，暗像素的转换增益转变为低转换增益时的低转换增益复位信号)；其中y为第三函数，其中输入失调消除后的高转换增益复位信号=x, y(x)=x/4。j为第四函数，x=暗像素在不操作转移晶体管时输入失调消除后的高转换增益复位信号,y=暗像素的转换增益转变为低转换增益时的低转换增益复位信号, j(x,y)=y-x；或者当第三函数y(x)=x,第四函数j(x,y)=y-x。

高转换增益图像信号-输入失调消除后高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

图10为本发明双转换增益图像传感器的实现方法的流程示意图，复位图像传感器像素的光电二极管；积分所述光电二极管上的光生载流子；对浮置扩散区进行复位；取样复位信号；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号。

Claims (20)

1.一种双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，包括：

复位图像传感器像素的光电二极管；

积分所述光电二极管上的光生载流子；

对浮置扩散区进行复位；

取样复位信号；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；

基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；

同时取样高转换增益的浮置扩散区的图像信号和低转换增益的浮置扩散区的图像信号。

2.根据权利要求1所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，对浮置扩散区进行复位，取样复位信号的过程包括：

将所述浮置扩散区设定为低转换增益；

执行所述像素的浮置扩散区的复位；

执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

从所述浮置扩散区取样低转换增益复位信号；

将所述浮置扩散区设定为高转换增益；

从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

3.根据权利要求2所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后：

再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；

基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；

同时取样高转换增益的浮置扩散区的信号和低转换增益的浮置扩散区的信号。

4.根据权利要求3所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，

在所述再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除的步骤之后；

在所述控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区的步骤之前；

再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

5.根据权利要求1所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，对浮置扩散区进行复位，取样复位信号的过程包括：

将所述浮置扩散区设定为低转换增益；

执行所述像素的浮置扩散区的复位；

执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

将所述浮置扩散区设定为高转换增益；

从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

6.根据权利要求5所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后：

再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区；

基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，对浮置扩散区进行相应的设置；

同时取样高转换增益的浮置扩散区的信号和低转换增益的浮置扩散区的信号。

7.根据权利要求6所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，

在所述再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除的步骤之后；

在所述控制转移晶体管，将所述光生载流子全部或部分的从所述光电二极管转移到所述浮置扩散区的步骤之前；

再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

8.根据权利要求1所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，对浮置扩散区进行复位，取样复位信号的过程包括：

将所述浮置扩散区设定为低转换增益；

执行所述像素的浮置扩散区的复位；

将所述浮置扩散区设定为高转换增益；

执行图像传感器的列读出电路的输入失调消除；

从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号。

9.根据权利要求1所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，所述基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管开启时进行。

10.根据权利要求1所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，所述基于浮置扩散区电压判断对应的浮置扩散区是适合高转换增益还是低转换增益，是在所述转移晶体管关闭后进行。

11.根据权利要求1所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，提供控制晶体管，其耦接于浮置扩散区；所述控制晶体管的栅极耦合于列控制线，通过控制晶体管调整浮置扩散区的电容大小，实现浮置扩散区的增益切换。

12.根据权利要求11所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，采用上下两段的列控制线分别控制一列图像传感器的上半部分控制晶体管和下半部分的控制晶体管，以减少列控制线的负载。

13.根据权利要求1所述的双转换增益图像传感器的实现方法，其特征在于，判断时间小于等于取样图像信号时间的1/2。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其进一步包括：

所述低转换增益图像信号与低转换增益复位信号之间的差异确定所述低转换增益相关双取样图像信号输出值。

15.所述高转换增益图像信号与高转换增益复位信号之间的差异确定所述高转换增益相关双取样图像信号输出值。

16.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

低转换增益图像信号-输入失调消除后的低转换增益复位信号=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值；

高转换增益图像信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

17.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后，再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除，再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号的过程中，

低转换增益图像信号-（输入失调消除后的低转换增益复位信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号）-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=低转换增益相关双取样图像信号输出值；

高转换增益图像信号-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

18.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

低转换增益图像信号-f(输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号)=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值,其中f为第一函数；

高转换增益图像信号-输入失调消除后设定为高转化增益的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

19.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号之后，再执行一次图像传感器的列读出电路的输入失调消除，再次从所述浮置扩散区取样高转换增益复位信号的过程中，

低转换增益图像信号-g(输入失调消除后的设定为高转化增益高转换增益复位信号，再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号)=低转换增益相关双取样图像信号输出值,其中g为第二函数；

高转换增益图像信号-再次执行输入失调消除后的高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。

20.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

低转换增益图像信号-y(输入失调消除后的高转换增益复位信号)+ΔRef=所述低转换增益相关双取样图像信号输出值;其中ΔRef=j(暗像素在不操作转移晶体管时输入失调消除后的高转换增益复位信号，暗像素的转换增益转变为低转换增益时的低转换增益复位信号)；其中y为第三函数, j为第四函数；

高转换增益图像信号-输入失调消除后高转换增益复位信号=高转换增益相关双取样图像信号输出值。