CN112788259A - 一种高动态图像传感器 - Google Patents

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马成
王欣洋
李扬
刘洋
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Changchun Changguangchenxin Optoelectronics Technology Co ltd
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    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Abstract

本发明提供一种高动态图像传感器，包括：光电二极管、转移晶体管、复位晶体管以及高动态晶体管；所述转移晶体管将在光电二极管中产生的光生杂散转移到浮动扩散节点并具有输入斜坡信号的栅极；所述复位晶体管重置光电二极管和浮动扩散节点；所述高动态晶体管在复位时打开，将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围。

Description

一种高动态图像传感器
技术领域
本发明涉及利用特定时序来重置的方法驱动CMOS图像传感器，具体涉及一种包含重置用时序方法的高动态图像传感器。
背景技术
一般来说，图像传感器使用半导体的特性来捕捉图像。即光电效应。自然界中存在的物体相对于光可能具有不同的亮度和波长.因此在探测器的每个像素上显示不同的电值。图像传感器可以将电值转换为可能被信号处理的电平。图像传感器应用广泛，例如在视频会议摄像机、数字静止摄像机、PC摄像机中。更广泛地说，图像传感器是一种具有传输图像信息功能的个人便携式通信设备。图像传感器包括电荷構合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器可以越来越多地使用，因为驱动方法简单，各种扫描方法可能被实现，单个处理电路可以集成在单个芯片中，以便制造紧凑的产品，使用CMOS制造技术以降低制造成本。然而，在CMOS图像传感器中，由于光电二极管的光信号输入的限制，功率电压可能不低于特定的电压。此外，虽然像素大小通常随着所需图像质量的增加而减小。但由于像素的填充因子，像素大小不能降低到特定大小以下。针对这些问题。开发了一种能够在低电压下工作的基于时序控制的CMOS图像传感器。基于时序控制的CMOS图像传感器可以通过在像素中应用斜坡信号来测量信号的大小。图1A是一种传统的基于时序控制的CMOS图像传感器的电路图。图1B是传统的基于时序控制的CMOS图像传感器复位和工作过程中的电势图。在图1A中，常规CMOS图像传感器的单位像素包括复位晶体管Rx，转移晶体管Tx，光电二极管PD.浮动扩散节点FD，源跟随晶体管Dx，像素选择晶体管Sx。虽然没有说明，但比较器可以连接到像素选择晶体管Sx的源。在图1A中,一般的基于时序控制的CMOS图像传感器，光电二极管PD和浮动扩散节点FD被复位到相同的复位电压。在图1B中，浮动扩散节点FD的复位电势与光电二极管PD相同。即使在曝光后向传输品体管TX施加斜坡信号时，如果光电二极管PD的复位电子电位或电压低于比较器偏移量提高的浮动扩散节点FD的复位电子电位，则基时序控制的CMOS图像传感器是不可操作的。比较器偏移表示比较器可能检测到的最小电压。因此，传统的基于时间的CMOS图像传感器在低照度下是不可操作的，因为从光电二极管PD到浮动扩散节点FD的复位电子电位的差异不足以克服比较器偏移的误差。因此。数字相关双采样(CDS)方法可能不适用于基于时序控制的CMOS图像传感器，因此基于时序控制的CMOS图像传感器可能对噪声非常敏感。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种高动态图像传感器，容纳更多电子，实现更高的动态范围。
本发明提供一种高动态图像传感器，包括：光电二极管、转移晶体管、复位晶体管以及高动态晶体管；所述转移晶体管将在光电二极管中产生的光生杂散转移到浮动扩散节点并具有输入斜坡信号的栅极；所述复位晶体管重置光电二极管和浮动扩散节点；所述高动态晶体管在复位时打开，将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围。
优选地，所述高动态晶体管的复位将电压施加到小于施加在复位上的电压的传输，将光电二极管的电子电位重置为
VDD-Δ-VT
其中的VDD是电源电压，VT是转移晶体管或复位晶体管的阈值电压，Δ≥0。
优选地，还包括打开像素选择晶体管和比较器的开关对浮动扩散节点的电压和比较器的偏移电压采样；其中驱动晶体管的栅极连接浮动扩散节点，比较器连接到像素选择晶体管的源极。
优选地，所述复位晶体管和转移晶体管之间的阈值电压差大于或等于比较器偏移电压，其中比较器偏移电压是比较器检测到的最小电压。
优选地，在复位之后关断复位晶体管和传输晶体管，将光生电荷集中在光电二极管中；并且将斜坡信号施加到转移晶体管的栅极，将在光电二极管中集中的光生电荷转移到浮动扩散节点。
优选地，还包括：测量光电二极管的电压保持恒定的时间段，在该时间段期间，在将斜坡信号施加到传输晶体管的栅极时施加斜坡信号。
本发明能够得到以下有益效果：
本发明的高动态图像传感器在复位时打开高动态晶体管，可以将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围
附图说明
图1A是传统的4T像素电路图；
图1B是传统的像素单元电势分布图；
图2是基于时间的CMOS图像传感器001的电路图；
图3是本发明的一种高动态图像传感器基于时序控制的高动态CMOS图像传感器001的电路图；
图4为本发明的一种高动态图像传感器基于时序控制的CMOS图像传感器002电路图；
图5是本发明的一种高动态图像传感器基于时序控制的CMOS图像传感器003的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将对本发明提供的一种高动态图像传感器进行详细说明。
本发明提供一种高动态图像传感器，包括：光电二极管、转移晶体管、复位晶体管以及高动态晶体管；转移晶体管将在光电二极管中产生的光生杂散转移到浮动扩散节点并具有输入斜坡信号的栅极；所述复位晶体管重置光电二极管和浮动扩散节点；高动态晶体管在复位时打开，将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围。
实施例1
图3为本发明的一种高动态图像传感器基于时序控制的高动态CMOS图像传感器001的电路图。
如图3所示，一种基于时间的CMOS图像传感器，包括高动态晶体管Hx、光电二极管PD、转移晶体管Tx、复位品体管Rx、浮动扩散节点FD、驱动晶体管Dx、像素选择晶体管Sx和比较器C。
光电二极管PD可以根据入射光的波长转换为电信号，产生和积累光生电晕。光二极管PD可以将入射光集中在所有波长的范围内，这样量子效率就可以接近1。光电二极管可以体现在n掺杂区和表面p型掺杂区。阳极可以接地。阴极可以电连接到转移晶体管Tx的源。转移晶体管TX可以将光电二极管PD中产生的光生电荷转移到浮动扩散节点FD。斜坡信号可以输入到转移晶体管Tx的阳极。
传输晶体管Tx的阈值电压可以类似于驱动晶体管Dx和像素选择晶体管Sx.传输晶体管Tx的源可以电连接到光电二极管PD的阴极。传输晶体管Tx的漏极可以电连接到复位晶体管Rx和浮动扩散节点FD的源极。传输晶体管Tx可以作为传输通道，将光电二极管PD中产生的光生电荷转移到浮动扩散节点FD.因为在传输晶体管Tx的栅极上施加斜坡信号。此外，转移晶体管Tx可以使用复位晶体管Rx执行复位功能，以去除光电二极管PD区域中的电子。复位晶体管Rx可以复位光电二极管PD和浮动扩散节点FD电势，并耗尽存储在光电二极管PD和浮动扩散节点FD中的光生电荷。复位晶体管Rx的源可以连接到转移晶体管Tx的漏极。此外。复位信号可以应用于复位晶体管Rx的栅极。高动态晶体管在复位时打开，将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围。对于光电二极管PD的复位电子电位高于浮动扩散节点FD。复位晶体管Rx的阀值电压可能低于转移晶体管Tx。
实施例2
图4为本发明的一种高动态图像传感器基于时序控制的CMOS图像传感器002电路图
如图4所示，一种基于时序控制的CMOS图像传感器002。类似于图3中所示的基于时序控制的CMOS图像传感器001。除施加在转移晶体管TX的栅极上的电压可控制小于复位晶体管Rx的栅极外，复位晶体管TX的阈值电压可设置为与转移晶体管Tx的阈值电压相同。因此，002具有和基于时序控制的CMOS图像传感器001类似特征。电源电压VDD，可接到复位晶体管Rx的栅极。假设复位晶体管Rx的阈值电压为Vr，则浮动扩散节点FD可以重置为V的电压VDD-Vr。V的信号VDD-Δ小于电源电压VDD施加到复位晶体管Rx的栅极，施加到转移晶体管Tx的栅极。转移晶体管Tx的阈值电压和复位品体管Rx的阈值电压可能相同。因此，光电二极管PD可以重置为V的电压
VDD-Δ-VT
高动态晶体管在复位时打开，将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围。光电二极管PD和浮动扩散节点FD之间的复位电压差异可能是Δ。因此，光电二极管PD的复位电势比浮动扩散节点FD的复位电势更高。
实施例3
图5为本发明的一种高动态图像传感器基于时序控制的CMOS图像传感器003的电路图。
如图5所示，仍然是基于时序控制的CMOS图像传感器003的另一个电路图。图5中通过列总线施加复位电压。此外，在CMOS图像传感器003中，复位晶体管Rx的漏极可以连接到浮动扩散节点FD，复位晶体管Rx的源极可以连接到驱动晶体管Dx的源极和像素选择品体管Sx的漏极。此外，根据实施例的基于时序控制的CMOS图像传感器包括多路复用器MIX，按顺序将两个具有差异的复位电压施加到列总线上，所述基于时间的CMOS图像传感器003可采用以下复位方法。首先，转移晶体管Tx、复位晶体管Rx和像素选择晶体管Sx可以打开,电压为V，可通过多路复用器MUX应用于列线。以便光电二极管PDISV的复位电压。接下来，转移晶体管Tx被关闭，以便施加在柱线上的电压不会影响光电二极管PD。然后，电压V可通过多路复用器MIX应用于列线，使浮动扩散节点FD的复位电压为
VDD-Δ-VT
高动态晶体管在复位时打开，将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围。因此，光电二极管PD和浮动扩散节点FD之间的复位电压差异可能是Δ。光电二极管PD的复位电子电位可能比浮动扩散节点FD的复位电子电位高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高动态图像传感器，其特征在于，包括：光电二极管、转移晶体管、复位晶体管以及高动态晶体管；所述转移晶体管将在光电二极管中产生的光生杂散转移到浮动扩散节点并具有输入斜坡信号的栅极；所述复位晶体管重置光电二极管和浮动扩散节点；所述高动态晶体管在复位时打开，将浮动扩散节点重置到更高电位，从而可以容纳更多电子，实现更高的动态范围。
2.如权利要求1所述的高动态图像传感器，其特征在于，所述高动态晶体管的复位将电压施加到小于施加在复位上的电压的传输，将光电二极管的电子电位重置为VDD-Δ-VT
其中的VDD是电源电压，VT是转移晶体管或复位晶体管的阈值电压，Δ≥0。
3.如权利要求2所述的高动态图像传感器，其特征在于，还包括打开像素选择晶体管和比较器的开关对浮动扩散节点的电压和比较器的偏移电压采样；其中驱动晶体管的栅极连接浮动扩散节点，比较器连接到像素选择晶体管的源极。
4.如权利要求3所述的高动态图像传感器，其特征在于，所述复位晶体管和转移晶体管之间的阈值电压差大于或等于比较器偏移电压，其中比较器偏移电压是比较器检测到的最小电压。
5.如权利要求1所述的高动态图像传感器，其特征在于，在复位之后关断复位晶体管和传输晶体管，将光生电荷集中在光电二极管中；并且将斜坡信号施加到转移晶体管的栅极，将在光电二极管中集中的光生电荷转移到浮动扩散节点。
6.如权利要求5所述的高动态图像传感器，其特征在于，还包括：测量光电二极管的电压保持恒定的时间段，在该时间段期间，在将斜坡信号施加到传输晶体管的栅极时施加斜坡信号。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114222082A (zh) * 2022-01-27 2022-03-22 西安理工大学 一种高动态cmos图像传感器及其工作方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090079857A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid-state imaging device, received-light intensity measuring device, and received-light intensity measuring method
US20090153714A1 (en) * 2007-12-13 2009-06-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for resetting time-based CMOS image sensor
CN101616276A (zh) * 2008-06-27 2009-12-30 松下电器产业株式会社 固体摄像装置
CN101902585A (zh) * 2008-11-21 2010-12-01 株式会社东芝 固体摄像装置
EP2503775A1 (fr) * 2011-03-23 2012-09-26 E2V Semiconductors Capteur d'image a double temps d'intégration et sélection conditionnelle
CN103384999A (zh) * 2011-01-02 2013-11-06 匹克希姆公司 使用电荷共享像素的转换增益调制
CN103873787A (zh) * 2014-04-02 2014-06-18 长春长光辰芯光电技术有限公司 高动态范围图像传感器像素
US20200260025A1 (en) * 2019-02-11 2020-08-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and driving method thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090079857A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid-state imaging device, received-light intensity measuring device, and received-light intensity measuring method
US20090153714A1 (en) * 2007-12-13 2009-06-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for resetting time-based CMOS image sensor
CN101616276A (zh) * 2008-06-27 2009-12-30 松下电器产业株式会社 固体摄像装置
CN101902585A (zh) * 2008-11-21 2010-12-01 株式会社东芝 固体摄像装置
CN103384999A (zh) * 2011-01-02 2013-11-06 匹克希姆公司 使用电荷共享像素的转换增益调制
EP2503775A1 (fr) * 2011-03-23 2012-09-26 E2V Semiconductors Capteur d'image a double temps d'intégration et sélection conditionnelle
CN103873787A (zh) * 2014-04-02 2014-06-18 长春长光辰芯光电技术有限公司 高动态范围图像传感器像素
US20200260025A1 (en) * 2019-02-11 2020-08-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and driving method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114222082A (zh) * 2022-01-27 2022-03-22 西安理工大学 一种高动态cmos图像传感器及其工作方法

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