CN111372015B - 线性-对数响应像素电路和图像传感器 - Google Patents

线性-对数响应像素电路和图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN111372015B
CN111372015B CN201811603543.7A CN201811603543A CN111372015B CN 111372015 B CN111372015 B CN 111372015B CN 201811603543 A CN201811603543 A CN 201811603543A CN 111372015 B CN111372015 B CN 111372015B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
linear
logarithmic response
pixel circuit
source follower
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811603543.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111372015A (zh
Inventor
刘坤
郭先清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BYD Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BYD Semiconductor Co Ltd filed Critical BYD Semiconductor Co Ltd
Priority to CN201811603543.7A priority Critical patent/CN111372015B/zh
Publication of CN111372015A publication Critical patent/CN111372015A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111372015B publication Critical patent/CN111372015B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本公开涉及一种线性‑对数响应像素电路和图像传感器，能够使线性‑对数像素电路的复合输出更具一致性。该像素电路包括：电荷外溢晶体管的第二端与侧溢出控制晶体管的第一端连接，侧溢出控制晶体管的第二端与复位晶体管的第一端连接，复位晶体管的第二端、第一和第二源跟随晶体管的第二端均连接到电源电压，对数响应晶体管的第二端与其栅极连接后连接到第二源跟随晶体管的第一端，第一源跟随晶体管的第一端与第一开关管和行选通管的第一端连接，第一开关管的第二端和第二源跟随晶体管栅极与电平保持电容的一端连接，电平保持电容的另一端接地，第二开关管的第一端与第二源跟随晶体管的第一端连接，光电二极管的一端接地、另一端连接侧溢出控制晶体管的第一端。

Description

线性-对数响应像素电路和图像传感器
技术领域
本公开涉及图像处理领域，具体地，涉及一种线性-对数响应像素电路和图像传感器。
背景技术
为了提升图像传感器的动态范围，提出了线性-对数像素响应技术。如图1所示，该线性-对数响应像素电路在传统对数响应像素电路的基础上，增加了复位晶体管23，其中复位晶体管23和光电二极管21及晶体管22连接。通过引入复位晶体管23，使像素电路工作在积分模式下，弱光下呈线性响应，强光下呈对数响应，通过电源电压V1、V2的取值来调节响应拐点。图1所示的线性-对数响应像素电路的缺点在于，由于复位噪声具有不相关性，所以无法被消除，另外，由于像素复位电平的不同，不同像素的线性输出范围会有所不同，如图2所示，这也会带来额外噪声。
发明内容
本公开的目的是提供一种线性-对数响应像素电路和图像传感器，能够使线性-对数像素电路的复合输出更具有一致性。
根据本公开的第一实施例，提供一种线性-对数响应像素电路，包括电荷外溢晶体管、侧溢出控制晶体管、光电二极管、复位晶体管、对数响应晶体管、第一源跟随晶体管、第二源跟随晶体管、行选通管、电平保持电容、第一开关管、第二开关管，其中：
所述电荷外溢晶体管的第二端与所述侧溢出控制晶体管的第一端连接，所述侧溢出控制晶体管的第二端与所述复位晶体管的第一端连接，所述复位晶体管的第二端、所述第一源跟随晶体管的第二端和所述第二源跟随晶体管的第二端均连接到电源电压，所述对数响应晶体管的第二端与所述对数响应晶体管的栅极连接后连接到所述第二源跟随晶体管的第一端，所述第一源跟随晶体管的第一端与所述第一开关管的第一端和所述行选通管的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二源跟随晶体管的栅极和所述电平保持电容的一端连接，所述电平保持电容的另一端接地，所述第二开关管的第一端与所述第二源跟随晶体管的第一端连接，所述光电二极管的一端接地、另一端连接所述侧溢出控制晶体管的第一端。
可选地，所述对数响应晶体管的数量为至少1个。
可选地，所述线性-对数响应像素电路通过调节所述对数响应晶体管、所述第一源跟随晶体管和所述第二源跟随晶体管的宽长比和阈值电压以及所述电平保持电容的容值来确定线性电压输出范围。
可选地，所述对数响应晶体管的供给电压与所述复位晶体管的第一端处的复位电平相关。
可选地，所述线性-对数响应像素电路利用所述侧溢出控制晶体管的关闭来防止溢出电荷对所述复位电平的影响。
根据本公开的第二实施例，提供一种图像传感器，该图像传感器包括根据本公开第一实施例所述的线性-对数响应像素电路。
通过采用上述技术方案，能够使线性-对数响应像素电路的复合输出更具有一致性，解决线性-对数像素对数响应拐点不一致的问题，使当前像素中的对数电源和像素的复位电平具有关联性，这样可以使像素线性响应到对数响应拐点更具有一致性，在提升图像传感器低光效果及动态范围的同时还能够改善其线性-对数响应拐点的一致性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据现有技术的线性-对数响应像素电路的电路示意图。
图2是现有线性-对数响应像素电路的输出范围示意图。
图3示出根据本公开一种实施例的线性-对数响应像素电路的示意电路图。
图4示出根据本公开实施例的线性-对数响应像素电路的工作时序图。
图5示出在不同复位电平下线性对数响应像素电路的输出曲线。
图6示出根据本公开又一实施例的线性-对数响应像素电路的示意电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图3示出根据本公开一种实施例的线性-对数响应像素电路的示意电路图，如图3所示，该线性-对数响应像素电路包括电荷外溢晶体管61、侧溢出控制晶体管63、光电二极管62、复位晶体管611、对数响应晶体管64、第一源跟随晶体管65、第二源跟随晶体管68、行选通管69、电平保持电容67、第一开关管66、第二开关管610，其中：
所述电荷外溢晶体管61的第二端与所述侧溢出控制晶体管63的第一端连接，所述侧溢出控制晶体管63的第二端与所述复位晶体管611的第一端连接，所述复位晶体管611的第二端、所述第一源跟随晶体管65的第二端和所述第二源跟随晶体管68的第二端均连接到电源电压Vddp，所述对数响应晶体管64的第二端与所述对数响应晶体管64的栅极连接后连接到所述第二源跟随晶体管68的第一端，所述第一源跟随晶体管65的第一端与所述第一开关管66的第一端和所述行选通管69的第一端连接，所述第一开关管66的第二端与第二源跟随晶体管68的栅极和所述电平保持电容67的一端连接，所述电平保持电容67的另一端接地，所述第二开关管610的第一端与所述第二源跟随晶体管68的第一端连接，所述光电二极管62的一端接地、另一端连接所述侧溢出控制晶体管63的第一端。
通过采用上述技术方案，能够使线性-对数响应像素电路的复合输出更具有一致性，解决线性-对数像素对数响应拐点不一致的问题，使当前像素中的对数电源和像素的复位电平具有关联性，这样可以使像素线性响应到对数响应拐点更具有一致性，在提升图像传感器低光效果及动态范围的同时还能够改善其线性-对数响应拐点的一致性。
可选地，在图3所示的电路中，线性-对数响应像素电路通过调节所述对数响应晶体管64、所述第一源跟随晶体管65和所述第二源跟随晶体管68的宽长比和阈值电压以及所述电平保持电容67的容值来确定线性电压输出范围。
可选地，在图3所示的电路中，所述对数响应晶体管64的供给电压与所述复位晶体管611的第一端处的复位电平相关。这样，通过关联复位电平，就能够确定根据本公开实施例的像素电路的线性-对数响应的拐点。
下面结合图4所示的时序图来描述根据本公开实施例的线性-对数响应像素电路的工作原理。
在读取像素输出电压1之前，电荷外溢晶体管61的栅极TX2上施加较低电压，使电荷外溢晶体管61下方的电子势垒稍微降低，像素光生额外的电荷外溢，接着复位晶体管64对FD节点进行复位，复位后，第一开关管66打开，对电平保持电容67进行充电，充电结束后第一开关管66关闭。此时对数晶体管64的供给电压确定，Vlog的电压值和复位电平关联，关联Vlog电压时，电荷外溢晶体管61的栅极TX2施加较低电压，侧溢出控制晶体管63关闭以防止溢出电荷对复位电平的影响，使Vlog电压和复位电平更具关联性。确定Vlog的电压后，电荷外溢晶体管61关闭，侧溢出控制晶体管63的栅极TX1被施加较低电压，使光生电荷从侧溢出控制晶体管63溢出，并通过对数响应晶体管64流出，形成对数响应，接着行选通管69导通，对像素输出电压进行采集，记为输出电压1，接着，电荷外溢晶体管61的栅极TX2施加较低电压，侧溢出控制晶体管63关闭，复位晶体管611打开，对FD节点进行复位，采集像素的复位电压，接着侧溢出控制晶体管63导通，光电二极管62积累的光生电荷转移到FD节点，如果FD节点电压低于对数响应区间时被对数响应晶体管64钳位在响应拐点处。采集像素的输出电压，记为输出电压2。此时就得到两个信号差值，第一差值为复位电平和输出电压1的差值其被记为a，第二差值为复位电平和输出电压2的差值其被记为b。感强光的像素其信号差值b值和拐点预设值相同，出现这种情况时此像素的有效输出用a代替。这样，当光线比较暗时，像素有效输出为线性部分，当光比较强时有效输出为线性+对数响应输出。
图5示出在不同复位电平下线性对数响应像素电路的输出曲线。可以看出，在不同复位电平下，根据本公开实施例的像素电路的线性响应范围相同。
图6示出根据本公开又一实施例的线性-对数响应像素电路的示意电路图。如图6所示，对数响应晶体管64的数量为至少1个，在图6中为2个。通过增加对数响应晶体管64的数量，能够进一步改进对数响应的输出范围。
根据本公开的又一实施例，提供一种图像传感器，该图像传感器包括根据本公开实施例所述的线性-对数响应像素电路。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (5)

1.一种线性-对数响应像素电路，其特征在于，包括电荷外溢晶体管(61)、侧溢出控制晶体管(63)、光电二极管(62)、复位晶体管(611)、对数响应晶体管(64)、第一源跟随晶体管(65)、第二源跟随晶体管(68)、行选通管(69)、电平保持电容(67)、第一开关管(66)、第二开关管(610)，其中：
所述电荷外溢晶体管(61)的第二端与所述侧溢出控制晶体管(63)的第一端连接，所述侧溢出控制晶体管(63)的第二端与所述复位晶体管(611)的第一端连接，所述复位晶体管(611)的第二端、所述第一源跟随晶体管(65)的第二端和所述第二源跟随晶体管(68)的第二端均连接到电源电压(Vddp)，所述对数响应晶体管(64)的第二端与所述对数响应晶体管(64)的栅极连接后连接到所述第二源跟随晶体管(68)的第一端，所述第一源跟随晶体管(65)的第一端与所述第一开关管(66)的第一端和所述行选通管(69)的第一端连接，所述第一开关管(66)的第二端与所述第二源跟随晶体管(68)的栅极和所述电平保持电容(67)的一端连接，所述电平保持电容(67)的另一端接地，所述第二开关管(610)的第一端与所述第二源跟随晶体管(68)的第一端连接，所述光电二极管(62)的一端接地、另一端连接所述侧溢出控制晶体管(63)的第一端；
所述对数响应晶体管(64)的供给电压与所述复位晶体管(611)的第一端处的复位电平相关。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述对数响应晶体管(64)的数量为至少1个。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述线性-对数响应像素电路通过调节所述对数响应晶体管(64)、所述第一源跟随晶体管(65)和所述第二源跟随晶体管(68)的宽长比和阈值电压以及所述电平保持电容(67)的容值来确定线性电压输出范围。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述线性-对数响应像素电路利用所述侧溢出控制晶体管(63)的关闭来防止溢出电荷对所述复位电平的影响。
5.一种图像传感器，其特征在于，该图像传感器包括根据权利要求1至4中任一权利要求所述的线性-对数响应像素电路。
CN201811603543.7A 2018-12-26 2018-12-26 线性-对数响应像素电路和图像传感器 Active CN111372015B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811603543.7A CN111372015B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 线性-对数响应像素电路和图像传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811603543.7A CN111372015B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 线性-对数响应像素电路和图像传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111372015A CN111372015A (zh) 2020-07-03
CN111372015B true CN111372015B (zh) 2021-06-18

Family

ID=71212415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811603543.7A Active CN111372015B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 线性-对数响应像素电路和图像传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111372015B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1475961A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-10 STMicroelectronics Limited Combined linear-logarithmic image sensor
CN1842140A (zh) * 2005-03-31 2006-10-04 柯尼卡美能达控股株式会社 固态图像感测器件
WO2009131190A1 (ja) * 2008-04-24 2009-10-29 コニカミノルタオプト株式会社 固体撮像素子およびその駆動方法ならびに撮像システム
CN101931756A (zh) * 2009-06-19 2010-12-29 比亚迪股份有限公司 一种提高cmos图像传感器动态范围的装置和方法
CN103533259A (zh) * 2013-09-29 2014-01-22 长春长光辰芯光电技术有限公司 线性-对数响应图像传感器像素及其信号转移控制方法
CN105227870A (zh) * 2015-09-21 2016-01-06 天津大学 大动态范围线性-对数响应cmos图像传感器
CN108702469A (zh) * 2016-03-04 2018-10-23 索尼公司 固体摄像器件、固体摄像器件驱动方法和电子设备

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1475961A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-10 STMicroelectronics Limited Combined linear-logarithmic image sensor
CN1842140A (zh) * 2005-03-31 2006-10-04 柯尼卡美能达控股株式会社 固态图像感测器件
WO2009131190A1 (ja) * 2008-04-24 2009-10-29 コニカミノルタオプト株式会社 固体撮像素子およびその駆動方法ならびに撮像システム
CN101931756A (zh) * 2009-06-19 2010-12-29 比亚迪股份有限公司 一种提高cmos图像传感器动态范围的装置和方法
CN103533259A (zh) * 2013-09-29 2014-01-22 长春长光辰芯光电技术有限公司 线性-对数响应图像传感器像素及其信号转移控制方法
CN105227870A (zh) * 2015-09-21 2016-01-06 天津大学 大动态范围线性-对数响应cmos图像传感器
CN108702469A (zh) * 2016-03-04 2018-10-23 索尼公司 固体摄像器件、固体摄像器件驱动方法和电子设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大动态范围CMOS图像传感器像素单元的设计;高静;《南开大学学报》;20081231;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111372015A (zh) 2020-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9807323B2 (en) Pixel circuit with constant voltage biased photodiode and related imaging method
US20150319384A1 (en) Solid-state imaging device and method of driving the same
US9257460B2 (en) Image capturing apparatus and control method therefor
US20150281612A1 (en) Integrating pixels and methods of operation
EP2504993A1 (en) High dynamic range pixel
KR20150111306A (ko) 선형-로그 이미지 센서 픽셀을 캘리브레이션하는 방법
US9621831B2 (en) Method for driving image capture device, image capture device, and image capture system
KR100873279B1 (ko) 이미징 디바이스의 자동 이득 제어를 제공하는 시스템 및방법
CN110460786B (zh) 像素感应电路、第一偏置电压确定方法、电子设备
US20160014366A1 (en) Extended dynamic range charge transimpedance amplifier input cell for light sensor
US20200162687A1 (en) Pixel sensing circuit and driving method thereof, image sensor and electronic device
CN111372015B (zh) 线性-对数响应像素电路和图像传感器
US20120147231A1 (en) Photoelectric conversion device and camera system
US20160277690A1 (en) Solid-state imaging device, method of driving solid-state imaging device, and imaging system
CN109286763B (zh) 图像传感器及其操作方法
JP2016144135A (ja) 光電変換装置、撮像システム及び光電変換装置の駆動方法
CN111741244B (zh) 图像传感器像素结构
CN112689105B (zh) 低功耗高动态范围的图像传感器像素结构及操作方法
CN111935427B (zh) Cmos图像传感器、像素单元及其控制方法
US9040893B2 (en) Image sensor pixel and method
JP2001094878A (ja) 固体撮像装置
JP7165873B2 (ja) 撮像処理回路、撮像システム、撮像処理方法及びプログラム
US20170048470A1 (en) Pixel cell having a reset device with asymmetric conduction
TWI633787B (zh) 影像感測器及其操作方法
KR100977834B1 (ko) 넓은 동적 범위을 갖는 씨모스 이미지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210203

Address after: 518119 No.1 Yan'an Road, Kuiyong street, Dapeng New District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant after: BYD Semiconductor Co.,Ltd.

Address before: 518118 BYD Road, Pingshan New District, Shenzhen, Guangdong 3009

Applicant before: BYD Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant