CN115118896A - 一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法及图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法及图像传感器，该方法通过在滚动曝光时，确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行，然后输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以持续导通传输晶体管。本申请通过将像素阵列中处于空闲状态的像素行的传输晶体管持续导通，可以解决空闲状态下的像素单元在被强光照射时，其光电二极管中产生的图像电荷溢出到相邻行进行正常电荷读取操作的像素单元中，造成的光晕(B l oomi ng)现象。

Description

一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法及图像传感器

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法及图像传感器。

背景技术

CMOS图像传感器广泛应用于各技术领域，例如数码相机、无人机、视频监控设备、自动驾驶领域等。根据所包含的晶体管数量的不同，CMOS图像传感器的像素单元可以分为3T型、4T型以及5T型，较普遍的4T型像素单元包括光电二级管PD和4个晶体管，即复位晶体管、源极跟随晶体管、选择晶体管以及传输晶体管。

而按照图像传感器的曝光方式，则可以分为滚动曝光方式(rolling shutter)和全局曝光方式(global shutter)。滚动曝光模式指在不同的时间曝光图像传感器像素阵列的不同行，并按照选定的时序读取各行，并且由于读取时序等可以根据地址指定，因此信号电荷可以从位于任意位置的像素中获取。全局曝光模式指同时曝光所有行像素，并持续相同的时间长度。

对于滚动曝光模式，由于像素阵列各行的曝光时间或时间段不一样，同一时间只有一行处于读取状态，为了保证时序正确，存在部分行像素处于不进行曝光也不进行读取的状态，但是由于闲置(idle)行也会一直接收光线，而光电二极管PD存储电荷的能力有限，一旦光电转换的电荷数量超过光电二极管PD的满阱容量，多余的电荷便会溢出至相邻的像素单元，使相邻的像素单元感光过度，出现Blooming(高光溢出或光晕现象)，也即闲置像素行会影响曝光行，严重的影响图像传感器的成像质量。另外，现有的图像传感器一般具有高动态范围成像(HDR)，高动态范围成像对于例如汽车视觉及机器视觉等若干种应用来说是极为期望特征，而在HDR模式下，Blooming现象会更严重，主要是由于每行之间会产生长短曝光，短曝光行由于曝光时间较短，闲置(idle)阶段较长，很容易导致短曝光行过曝后影响到周围正常的曝光行的电荷积累。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法及图像传感器，可以解决空闲状态下的像素单元在被强光照射时，其光电二极管中产生的图像电荷溢出到相邻行进行正常电荷读取操作的像素单元中，造成的Blooming现象。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，作为其中一种实施方式，该方法包括：

基于曝光行地址信号、读取行地址信号、曝光行传输信号和读取行传输信号以及锁存使能信号输出锁存地址信号；

基于所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号、所述曝光行传输信号和所述读取行传输信号以及所述锁存地址信号输出栅极传输控制信号；以及

在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管。

作为其中一种实施方式，在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管的步骤前还包括：

确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行；

其中，所述确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行的步骤包括：

根据所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行，所述曝光行地址信号用于指明所述像素阵列中处于预充电状态准备开始曝光的一行像素，所述读取行地址信号用于指明所述像素阵列中处于读取状态的一行像素。

作为其中一种实施方式，根据曝光行地址信号和读取行地址信号确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行的步骤包括：

以所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号之间的行地址确定处于曝光状态的像素行；

非处于所述预充电状态、所述曝光状态以及所述读取状态的像素行为处于所述空闲状态的像素行。

作为其中一种实施方式，所述方法还包括：

输出一第一脉冲信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通所述传输晶体管。

作为其中一种实施方式，所述栅极传输控制信号的幅值小于所述脉冲信号的幅值。

作为其中一种实施方式，所述方法还包括：

持续输出所述栅极传输控制信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通所述传输晶体管。

作为其中一种实施方式，所述方法还包括：所述图像传感器像素阵列中的像素行处于曝光状态时，所述栅极传输控制信号为第二电平以持续关断所述传输晶体管；所述图像传感器像素阵列中的像素行处于读取状态时，所述栅极传输控制信号为一第二脉冲信号以导通所述传输晶体管。

作为其中一种实施方式，所述方法还包括：输出复位控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的复位晶体管，以持续导通所述复位晶体管。

为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供一种图像传感器，作为其中一种实施方式，该图像传感器包括：像素阵列、控制单元、驱动单元，其中，

所述像素阵列包括设置成行和列的多个像素单元，其中每个像素单元包括：

光电二极管，用于响应入射光以积累图像电荷；以及

传输晶体管，其耦合于所述光电二极管和浮动扩散节点之间，以将所述光电二极管中所积累的所述图像电荷选择性地转移至所述浮动扩散节点；

所述控制单元与所述驱动单元耦接，用于在滚动曝光时，确定所述像素阵列中处于空闲状态的像素行；

其中，所述图像传感器还包括锁存单元和栅极驱动器；

所述锁存单元基于曝光行地址信号、读取行地址信号、曝光行传输信号和读取行传输信号以及锁存使能信号输出锁存地址信号；

所述栅极驱动器基于所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号、所述曝光行传输信号和所述读取行传输信号以及所述锁存地址信号输出栅极传输控制信号；在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管。

作为其中一种实施方式，所述控制单元根据所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号确定所述像素阵列中处于空闲状态的像素行，所述曝光行地址信号用于指明所述像素阵列中处于预充电状态准备开始曝光的一行像素，所述读取行地址信号用于指明所述像素阵列中处于读取状态的一行像素。

作为其中一种实施方式，所述控制单元以所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号之间的行地址确定处于曝光状态的像素行，非处于所述预充电状态、所述曝光状态以及所述读取状态的像素行为处于所述空闲状态的像素行。

作为其中一种实施方式，所述锁存单元设置在所述控制单元中，所述栅极驱动器设置在所述驱动单元中，且每个像素行对应一锁存单元和一栅极驱动器。

作为其中一种实施方式，所述锁存单元和所述栅极驱动器均设置在所述驱动单元中，且每个像素行均对应一锁存单元和一栅极驱动器。

作为其中一种实施方式，所述栅极驱动器包括曝光通路、读取通路以及锁存通路，所述曝光通路、所述读取通路以及所述锁存通路的第一端均接至一正电压以将所述栅极传输控制信号拉至高电平，所述曝光通路、所述读取通路以及所述锁存通路的第二端均接至一负电压将所述栅极传输控制信号拉至低电平，所述曝光通路中包括一第一锁存晶体管，所述锁存通路中包括一第二锁存晶体管，所述第一锁存晶体管以及第二锁存晶体管用于接收所述锁存地址信号，以与所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号、所述曝光行传输信号和所述读取行传输信号进行逻辑运算后输出所述栅极传输控制信号。

作为其中一种实施方式，所述锁存通路中包括一第三锁存晶体管，用于接收所述锁存地址信号，并与所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号逻辑运算后关闭所述图像传感器的锁存功能。

作为其中一种实施方式，所述控制单元还用于控制所述驱动单元输出一第一脉冲信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通所述传输晶体管。

作为其中一种实施方式，所述栅极传输控制信号的幅值小于所述脉冲信号的幅值。

作为其中一种实施方式，所述图像传感器像素阵列中的像素行处于曝光状态时，所述栅极传输控制信号为第二电平以持续关断所述传输晶体管；所述图像传感器像素阵列中的像素行处于读取状态时，所述栅极传输控制信号为一第二脉冲信号以导通所述传输晶体管。

作为其中一种实施方式，每个像素单元还包括复位晶体管，所述控制单元还用于控制所述驱动单元输出复位控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的所述复位晶体管，以持续导通所述复位晶体管。

本发明采用以上的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法及图像传感器，通过在滚动曝光时，确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行，然后输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以持续导通传输晶体管。从而本申请可以解决空闲状态下的像素单元在被强光照射时，其光电二极管中产生的图像电荷溢出到相邻行进行正常电荷读取操作的像素单元中，造成的Blooming现象。

附图说明

图1为现有技术中图像传感器的一种像素单元的结构示意图。

图2为本发明一实施例提供的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法的流程图。

图3为本发明一实施例提供的图像传感器的部分结构框图。

图4为本发明实施例像素阵列中第150行的相关联信号的关系时序图。

图5为本发明一实施例中像素阵列中第149-151行的相关联信号的关系时序图。

图6为本发明一实施例提供的图像传感器的结构示意图。

图7为本发明一实施例提供的栅极驱动器结构图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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它实施例，都属于本发明保护的范围。在本专利说明书中“一个实施例”或“一实施方式”指的是结合实例中描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述功能性的其它适合组件中。另外，本说明书中仅描述了与本发明点相关联的内容，其它内容本领域技术人员可结合现有技术进行理解。

首先，为了更好的理解本发明，在具体描述本发明之前，先对本发明实施例涉及的图像传感器相关部分及本发明的发明构思进行大概描述。

图像传感器包括像素阵列，该像素阵列具有设置成行和列的多个像素单元，在该像素阵列中，每一列的所有像素(像素单元)通过一列选择线同时选通，并且每一行的所有像素分别通过一行选择线选择性地输出。每个像素都有一个行地址和一个列地址。像素的列地址对应于由列驱动单元驱动的列选择信号线，像素的行地址对应于由行驱动单元驱动的行选择信号线。控制单元控制行驱动单元和列驱动单元选择性地读取像素阵列中合适的行和列对应的像素以输出图像信号。

请参考图1，图1为现有技术中一图像传感器的像素单元的结构示意图.如图1所示，像素阵列中每个像素单元包括光电二极管10、传输晶体管11、复位晶体管12、源极跟随(SF)晶体管13、以及行选择晶体管14，行选择晶体管14耦合到传输晶体管11和光电二极管10。源极跟随配置中的放大器晶体管是一个信号在栅极上输入并在源极上输出的放大器晶体管。在操作期间，光电二极管10在曝光期间响应入射光产生光生电子，传输晶体管11被耦合以接收传输信号TX，以使得传输晶体管11将累积在光电二极管10中的电荷传输到浮动扩散(FD)节点15。浮动扩散节点15实际上是传输晶体管11的漏极而光电二极管10则是传输晶体管11的源极。在一个实施例中，传输晶体管11是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。复位晶体管12耦合在电源VDD和浮动扩散节点15之间，以响应复位信号RST复位像素(例如，将浮动扩散节点15和光电二极管10放电或充电到一个预设电压)。浮动扩散节点15被耦合以控制源极跟随晶体管13的栅极。源极跟随晶体管13耦合在电源VDD和行选择晶体管14之间，以放大浮动扩散节点15上的电荷产生的信号。行选择晶体管14响应于行选择信号RS，将像素电路的输出从源极跟随晶体管13耦合到读取列或位线16。光电二极管10和浮动扩散节点15由临时生效的复位信号RST和传输信号TX复位。累积周期或累积窗口(例如，曝光周期)在传输信号TX失效时开始，使得入射光在光电二极管10中转化成光生电子。当光生电子在光电二极管10中累积时，其电压降低(电子是负电荷载流子)。在曝光期间光电二极管10上的电压或者电荷代表入射到光电二极管10的光照强度。在曝光周期结束后，复位信号RST失效，关闭复位晶体管12，并将浮动扩散节点15与电源VDD隔离。传输信号TX生效，将光电二极管10耦合到浮动扩散节点15。光生电子从光电二极管10通过传输晶体管11传输到浮动扩散节点15，从而使浮动扩散节点15的电压下降，下降量与曝光期间在光电二极管10上累积的光生电子成比例。

从上述描述可知在图像传感器的工作过程中，像素单元在控制单元和驱动单元的控制下一般包括复位、曝光以及读取三种状态，而对于滚动曝光模式，每一行像素的状态一般包括闲置(idle)状态、预充电(precharge)状态、曝光(exposure)状态以及采样(sample)状态，其中，预充电状态和采样状态也可以理解为前述的复位和读取状态。正是由于在滚动曝光模式下每行像素具有上述多种状态、滚动曝光的时序特性以及HDR模式下的长短曝光特性，空闲状态的像素行的像素会出现过曝(空闲状态行的像素也会接收光线)，进而出现电荷溢出至相邻行的像素的情况，严重影响到相邻行处于正常曝光状态的像素的电荷积累。因此，本申请的实施例的技术方案通过处于空闲状态的像素进行相应的控制，解决空闲状态的像素行的像素对采样状态的像素行的像素的影响，起到抗光晕(anti-blooming)的作用。

基于上述描述，本发明提供一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法包括，下面结合附图对本申请实施例的具体技术方案进行详细描述，请参考图2，图2为本发明一实施例提供的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法的流程图。如图2所示，该方法包括：

S1：基于曝光行地址信号、读取行地址信号、曝光行传输信号和读取行传输信号以及锁存使能信号输出锁存地址信号；

S2：基于曝光行地址信号、读取行地址信号、曝光行传输信号和读取行传输信号以及锁存地址信号输出栅极传输控制信号；以及

S3：在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管。

具体地，在滚动曝光时，确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行。在滚动曝光时，预充电行(即处于预充电状态的像素行)和采样行(即处于采样状态或读取状态的像素行)其是一行一行进行的，即预充电行和采样行都是一行，而曝光行可以存在多行，即存在多行同时处于曝光状态。通过确定像素阵列中处于空闲状态的像素行，对空闲状态的像素行中像素进行抗溢出的时序控制，防止其过曝的电荷溢出至相邻行的正常曝光的像素。也就是通过输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以在空闲状态期间持续导通传输晶体管，将光电二极管中积累的电荷转移至浮动扩散节点，防止空闲状态的像素单元的光电二极管中的电荷溢出至相邻行处于正常曝光状态的像素单元，第一电平例如可以是高电平信号。

在一实施方式中，步骤S3：在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管前还包括：

确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行；

其中，确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行的步骤包括：

根据曝光行地址信号和读取行地址信号确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行，曝光行地址信号用于指明像素阵列中处于预充电状态准备开始曝光的一行像素，读取行地址信号用于指明像素阵列中处于读取状态的一行像素。

具体地，此次曝光行地址信号也就是预充电行地址，即预充电状态的像素行的地址，在滚动曝光时，曝光行地址信号和读取行地址信号是确定的，一般图像传感器包括行选择解码器，行解码器根据控制单元所提供的控制信号，产生指明像素阵列中将要对其执行像素的快门操作(预充电操作或复位操作)的一行像素的地址信号，和将要从其上读取(采样)像素信号的一行像素的地址信号，并将两个地址信号提供至行驱动单元，以驱动相应的像素行。因此，可以根据图像传感器提供的地址信号确定当前像素行的状态。

在一实施方式中，根据曝光行地址信号和读取行地址信号确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行的步骤包括：

以曝光行地址信号和读取行地址信号之间的行地址确定处于曝光状态的像素行；

非处于预充电状态、曝光状态以及读取状态的像素行为处于空闲状态的像素行。

具体地，由于曝光行地址信号和读取行地址信号是确定的，在滚动模式下一行一行的滚动，进而在预充电行和读取行之间则是曝光行，因此非处于预充电状态、曝光状态以及读取状态的像素行则为空闲状态的像素行。

在一实施方式中，该方法还包括：输出复位控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的复位晶体管，以持续导通复位晶体管。

具体地，对于处于空闲状态的像素行的像素，除了将其像素中的传输晶体管持续导通外，同时还通过复位控制信号将复位晶体管持续导通，相当于对光电二极管保持预充电状态，可以保证空闲状态的像素即使在被强光照射时，该像素中光电二极管的电压也能处于恒定状态，更好地解决处于空闲状态的像素对处于读取(采样)状态的像素的影响。

在一实施方式中，该方法还包括：

输出第一脉冲信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通传输晶体管。

具体地，在像素阵列中，对处于预充电状态的像素行中的像素单元的传输晶体管，通过第一脉冲信号将其导通，以实现预充电操作。其中第一脉冲信号与栅极传输控制信号可以相同，也可以不同，即在预充电状态下也可以通过栅极传输控制信号控制传输晶体管导通。在一实施方式中也可以通过在不同状态下通过不同的传输控制信号控制传输晶体管，例如栅极传输控制信号的幅值小于脉冲信号的幅值，从而在空闲状态下的像素单元的传输晶体管的导通程度小于预充电状态下的像素单元的传输晶体管的导通充电，即在空闲状态下可以部分的导通传输晶体管，可以节省功耗。

为了更好的对本申请的技术方案进行说明，下面通过结合像素阵列中具体像素行的时序图进行说明。

请参考图3，图3为本发明一实施例提供的图像传感器的部分结构框图。如图3所示，该图像传感器包括锁存单元31和栅极驱动器32，锁存单元31根据曝光行地址信号sp_add、读取行地址信号rp_add、曝光行传输信号sp_tx、读取行传输信号rp_tx以及锁存使能信号lat_en输出锁存地址信号lat_addb至栅极驱动器32，以控制栅极驱动器32输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素的传输晶体管。所述锁存单元31基于曝光行地址信号sp_add、读取行地址信号rp_add、曝光行传输信号sp_tx和读取行传输信号rp_tx以及锁存使能信号lat_en输出锁存地址信号lat_addb；所述栅极驱动器31基于曝光行地址信号sp_add、读取行地址信号rp_add、曝光行传输信号sp_tx和读取行传输信号rp_tx以及所述锁存地址信号lat_addb输出栅极传输控制信号TX；在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号TX为第一电平(比如高电平)以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管。其中，在锁存使能信号lat_en无效时，图4中信号TX的波形按照现有的波形输出，即lat_tx功能关闭。

在上述结构框图的基础上，请参考图4，图4为本发明实施例像素阵列中第150行的相关联信号的关系时序图。如图4所示，从整体方面，图4中两个地址(sp_add和rp_add)分别对应两个时间，不是同一个时间，时间差是中间的曝光时间，一行一个时间且对应一种状态，sp_add对应的是precharge(预充电)行，rp_add对应的是sample(采样或读取)行，预充和采样都是一行，两者之间有49行在曝光。图4以150行(precharge)为例，复位控制信号(RST)在sample的时候为低电平，其他时间为高电平；在一实施方式中传输控制信号(TX)在precharge和sample的时候有一个脉冲，开始执行对应的操作，或者在一实施方式中传输控制信号(TX)只在sample的时候有一个脉冲，开始执行对应的操作，而在idle和precharge时都为高电平，不发生变化。具体地，其中，

在T0时刻，rp_add@row150＝0，sp_add@row150＝0，lat_addb@150＝0，TX@row150＝1；即第150行像素处于闲置(idle)状态，行驱动单元输出有效信号(图4中为高电平)使第150行像素的传输晶体管导通，光电二极管PD的电位一直处于恒定，无法产生电荷积累。

在T1时刻，sp_add@row150＝1，并且当sp_tx＝1时，lat_addb@150从低电平变为高电平，即第150行像素从空闲状态变为预充电状态；在sp_tx脉冲结束后，第150行像素的传输晶体管的控制信号TX处于无效状态(图4中的低电平)，TX@row150由1变为0，从而第150行像素的传输晶体管截止。

在T2时刻，即曝光状态期间，lat_addb@150＝1，即维持高电平，使加载在第150行像素的传输晶体管的控制信号TX处于无效状态(图4中的低电平)，从而第150行像素的传输晶体管截止。

在T3时刻，即读取阶段(采样或量化阶段)，rp_add@row150＝1，且当rp_tx＝1时，lat_addb@150从高电平变为低电平，TX@row150＝1；在rp_tx脉冲结束后，TX@row150＝0。

在T4时刻，即空闲状态，rp_add@row150＝0，sp_add@row150＝0，lat_addb@150＝0，TX@row150＝1，第150行像素的传输晶体管处于导通状态。

并且，在整个时序期间，行选择信号ROWsel@row150仅在读取状态时为有效电平信号，复位控制信号RST@row150仅仅在读取状态时为无效电平信号。

值得一提的是，锁存地址信号lat_addb，在像素行为空闲状态时为0，在其他状态为1，或着也可以空闲状态时为1，其他状态时为0，作为一种信号控制，此处不作限制。并且，其中，在锁存使能信号lat_en无效时，图4中信号TX的波形按照现有的波形输出，即lat_tx功能关闭。

在图4的基础上，进一步的参考图5，图5为本发明一实施例中像素阵列中第149-151行的相关联信号的关系时序图。其中，具体描述可参考上述描述，此次不再赘述。

综上所述，本发明提供的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，通过在滚动曝光时，确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行，然后输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以持续导通传输晶体管。从而本申请可以解决空闲状态下的像素单元在被强光照射时，其光电二极管中产生的图像电荷溢出到相邻行进行正常电荷读取操作的像素单元中，造成的Blooming现象。

本发明实施例还提供一种图像传感器，请参考图6，图6为本发明一实施例提供的图像传感器的结构示意图，如图6所示，该图像传感器包括：像素阵列60、控制单元61、驱动单元(行驱动单元621和列驱动单元622)，其中，

像素阵列60包括设置成行和列的多个像素单元，其中每个像素单元包括：

光电二极管，用于响应入射光以积累图像电荷；

传输晶体管，其耦合于光电二极管和浮动扩散节点之间，以将光电二极管中所积累的图像电荷选择性地转移至浮动扩散节点；

控制单元61与驱动单元(行驱动单元621和列驱动单元622)耦接，用于在滚动曝光时，确定像素阵列60中处于空闲状态的像素行，并控制行驱动单元621输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以持续导通传输晶体管。

在一实施方式中，控制单元61根据曝光行地址信号和读取行地址信号确定像素阵列60中处于空闲状态的像素行，曝光行地址信号用于指明所述像素阵列中处于预充电状态准备开始曝光的一行像素，读取行地址信号用于指明像素阵列60中处于读取状态的一行像素。

在一实施方式中，控制单元61以曝光行地址信号和读取行地址信号之间的行地址确定处于曝光状态的像素行，非处于预充电状态、曝光状态以及读取状态的像素行为处于空闲状态的像素行。

在一实施方式中，控制单元61包括锁存单元(即图3中的31)，锁存单元用于根据曝光行地址信号和读取行地址信号输出锁存信号，以控制驱动单元输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以持续导通传输晶体管。在一个实施例中，所述锁存单元31设置在所述控制单元61中，所述栅极驱动器32设置在所述行驱动单元621中，且每个像素行对应一锁存单元和一栅极驱动器。在另一个实施例中，所述锁存单元31和所述栅极驱动器32均设置在所述行驱动单元621中，且每个像素行均对应一锁存单元和一栅极驱动器。

具体地，结合前述描述，锁存单元31根据曝光行地址信号sp_add、读取行地址信号rp_add、曝光行传输信号sp_tx、读取行传输信号rp_tx以及锁存使能信号lat_en输出锁存地址信号lat_addb(即前述所说的锁存信号，该锁存信号在像素行为空闲状态时为0，在其他状态为1，或着也可以空闲状态时为1，其他状态时为0，此次不作限制)至行驱动单元，以控制行驱动单元输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素的传输晶体管。

相应地，驱动单元中的行驱动单元621中的栅极驱动器的结构可参考图7，图7为本发明一实施例提供的栅极驱动器的结构图。如图7所示，栅极驱动器包括曝光通路110、读取通路120以及锁存通路130，曝光通路110、读取通路120以及锁存通路130的第一端均接至一正电压AVDD以将栅极传输控制信号TX拉至高电平，曝光通路110、读取通路120以及锁存通路130的第二端均接至一负电压NVDD将栅极传输控制信号TX拉至低电平，曝光通路110中包括一第一锁存晶体管，锁存通路中130包括一第二锁存晶体管，第一锁存晶体管以及第二锁存晶体管用于接收锁存地址信号lat_addb，以与曝光行地址信号sp_add、读取行地址信号rp_add、曝光行传输信号sp_tx和读取行传输信号rp_tx(其中，sp_add与sp_addb为反向信号，rp_add与rp_add为反向信号，sp_tx与sp_txb为反向信号，rp_tx与rp_txb为反向信号，等等)进行逻辑运算后输出栅极传输控制信号TX。在一个实施例中，锁存通路130中包括一第三锁存晶体管，用于接收锁存地址信号lat_addb，并与曝光行地址信号sp_add、读取行地址信号rp_add逻辑运算后关闭图像传感器的锁存功能。

具体地，图7是通过在现有的行驱动单元(包括曝光通路110和读取通路120)的基础上在曝光通路中增加一个锁存晶体管以及增加一个用于根据锁存单元31输出的锁存信号输出栅极传输控制信号的锁存通路130，即该锁存通路130根据锁存地址信号lat_addb、曝光行地址信号sp_add和读取行地址信号rp_add输出相应电平的传输控制信号至像素行的传输晶体管，例如图7中锁存通路130的上两个晶体管(第一类型的晶体管比如PMOS晶体管)根据输入信号(锁存地址信号lat_addb和读取行地址信号信号rp_add)输出高电平AVDD至像素行的传输晶体管，下三个晶体管(第二类型的晶体管比如NMOS晶体管)根据输入信号(锁存地址信号lat_addb和读取行地址信号信号的相反电平信号rp_addb，曝光行地址信号信号的相反电平信号sp_addb)输出低电平NVDD至像素行的传输晶体管，而另外两列晶体管(110和120)分别是现有的用于控制预充电操作和读取操作的子单元，在此不再进行赘述。

在一实施方式中，控制单元61还用于控制驱动单元输出脉冲信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通传输晶体管。

在一实施方式中，栅极传输控制信号的幅值小于脉冲信号的幅值。

在一实施方式中，图像传感器像素阵列中的像素行处于曝光状态时，栅极传输控制信号TX为第二电平(比如低电平)以持续关断传输晶体管；图像传感器像素阵列中的像素行处于读取状态时，栅极传输控制信号TX为一第二脉冲信号以导通传输晶体管。

在一实施方式中，每个像素单元还包括复位晶体管，控制单元61还用于控制驱动单元输出复位控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的复位晶体管，以持续导通复位晶体管。

对于该图像传感器的具体原理，请参考前述实施例的具体描述，此次不再进行赘述。

综上所述，本发明提供的图像传感器，通过在滚动曝光时，确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行，然后输出栅极传输控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以持续导通传输晶体管。从而本申请可以解决空闲状态下的像素单元在被强光照射时，其光电二极管中产生的图像电荷溢出到相邻行进行正常电荷读取操作的像素单元中，造成的Blooming现象。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离发明技术方案内容，依据发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (19)

1.一种应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，包括：

基于曝光行地址信号、读取行地址信号、曝光行传输信号和读取行传输信号以及锁存使能信号输出锁存地址信号；

基于所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号、所述曝光行传输信号和所述读取行传输信号以及所述锁存地址信号输出栅极传输控制信号；以及

在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管。

2.根据权利要求1所述的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管的步骤前还包括：

确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行；

其中，所述确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行的步骤包括：

根据所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行，所述曝光行地址信号用于指明所述像素阵列中处于预充电状态准备开始曝光的一行像素，所述读取行地址信号用于指明所述像素阵列中处于读取状态的一行像素。

3.根据权利要求2所述的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，根据所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号确定图像传感器像素阵列中处于空闲状态的像素行的步骤包括：

以所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号之间的行地址确定处于曝光状态的像素行；

非处于所述预充电状态、所述曝光状态以及所述读取状态的像素行为处于所述空闲状态的像素行。

4.根据权利要求1所述的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：

输出一第一脉冲信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通所述传输晶体管。

5.根据权利要求4所述的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，所述栅极传输控制信号的第一电平的幅值小于所述第一脉冲信号的幅值。

6.根据权利要求1所述的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：

持续输出所述栅极传输控制信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通所述传输晶体管。

7.根据权利要求1所述的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：所述图像传感器像素阵列中的像素行处于曝光状态时，所述栅极传输控制信号为第二电平以持续关断所述传输晶体管；所述图像传感器像素阵列中的像素行处于读取状态时，所述栅极传输控制信号为一第二脉冲信号以导通所述传输晶体管。

8.根据权利要求1所述的应用于滚动曝光的图像传感器的驱动方法，其特征在于，所述方法还包括：输出复位控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的复位晶体管，以持续导通所述复位晶体管。

9.一种图像传感器，其特征在于，包括：像素阵列、控制单元、驱动单元，其中，

所述像素阵列包括设置成行和列的多个像素单元，其中每个像素单元包括：

光电二极管，用于响应入射光以积累图像电荷；以及

传输晶体管，其耦合于所述光电二极管和浮动扩散节点之间，以将所述光电二极管中所积累的所述图像电荷选择性地转移至所述浮动扩散节点；

所述控制单元与所述驱动单元耦接，用于在滚动曝光时，确定所述像素阵列中处于空闲状态的像素行；

其中，所述图像传感器还包括锁存单元和栅极驱动器；

所述锁存单元基于曝光行地址信号、读取行地址信号、曝光行传输信号和读取行传输信号以及锁存使能信号输出锁存地址信号；

所述栅极驱动器基于所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号、所述曝光行传输信号和所述读取行传输信号以及所述锁存地址信号输出栅极传输控制信号；在图像传感器像素阵列中的像素行处于空闲状态时，所述栅极传输控制信号为第一电平以持续导通处于空闲状态的像素行中像素单元的传输晶体管。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述控制单元根据所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号确定所述像素阵列中处于空闲状态的像素行，所述曝光行地址信号用于指明所述像素阵列中处于预充电状态准备开始曝光的一行像素，所述读取行地址信号用于指明所述像素阵列中处于读取状态的一行像素。

11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述控制单元以所述曝光行地址信号和所述读取行地址信号之间的行地址确定处于曝光状态的像素行，非处于所述预充电状态、所述曝光状态以及所述读取状态的像素行为处于所述空闲状态的像素行。

12.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述锁存单元设置在所述控制单元中，所述栅极驱动器设置在所述驱动单元中，且每个像素行对应一锁存单元和一栅极驱动器。

13.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述锁存单元和所述栅极驱动器均设置在所述驱动单元中，且每个像素行均对应一锁存单元和一栅极驱动器。

14.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述栅极驱动器包括曝光通路、读取通路以及锁存通路，所述曝光通路、所述读取通路以及所述锁存通路的第一端均接至一正电压以将所述栅极传输控制信号拉至高电平，所述曝光通路、所述读取通路以及所述锁存通路的第二端均接至一负电压将所述栅极传输控制信号拉至低电平，所述曝光通路中包括一第一锁存晶体管，所述锁存通路中包括一第二锁存晶体管，所述第一锁存晶体管以及第二锁存晶体管用于接收所述锁存地址信号，以与所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号、所述曝光行传输信号和所述读取行传输信号进行逻辑运算后输出所述栅极传输控制信号。

15.根据权利要求14所述的图像传感器，其特征在于，所述锁存通路中包括一第三锁存晶体管，用于接收所述锁存地址信号，并与所述曝光行地址信号、所述读取行地址信号逻辑运算后关闭所述图像传感器的锁存功能。

16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，所述控制单元还用于控制所述驱动单元输出一第一脉冲信号至处于预充电状态的像素行中像素单元的传输晶体管，以导通所述传输晶体管。

17.根据权利要求16所述的图像传感器，其特征在于，所述栅极传输控制信号的第一电平的幅值小于所述第一脉冲信号的幅值。

18.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器像素阵列中的像素行处于曝光状态时，所述栅极传输控制信号为第二电平以持续关断所述传输晶体管；所述图像传感器像素阵列中的像素行处于读取状态时，所述栅极传输控制信号为一第二脉冲信号以导通所述传输晶体管。

19.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，每个像素单元还包括复位晶体管，所述控制单元还用于控制所述驱动单元输出复位控制信号至处于空闲状态的像素行中像素单元的所述复位晶体管，以持续导通所述复位晶体管。

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