CN116367006A - 像素单元及图像传感器 - Google Patents

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CN116367006A CN202111553669.XA CN202111553669A CN116367006A CN 116367006 A CN116367006 A CN 116367006A CN 202111553669 A CN202111553669 A CN 202111553669A CN 116367006 A CN116367006 A CN 116367006A
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capacitor
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曾夕
温建新
周阳
王玮
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Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Shanghai IC Equipment Material Industry Innovation Center Co Ltd
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Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Shanghai IC Equipment Material Industry Innovation Center Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种所述像素单元，包括第一光电二极管、第二光电二极管、第一传输单元、第二传输单元、转换增益调节晶体管、复位晶体管、输出单元，第一传输单元，用于将所述第一光电二极管的电荷传输到第一节点，第二传输单元用于将所述第二光电二极管饱和范围内的电荷传输到第一节点，将所述第二光电二极管饱和范围外的电荷传输到所述第二节点或电源，能够避免所述第二光电二极管的电荷向所述第一光电二极管扩散，从而避免了所述第二光电二极管对所述第一光电二极管的影响，提高了图像质量。本发明还提供了一种图像传感器。

Description

像素单元及图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种像素单元及图像传感器。
背景技术
随着图像传感器技术的不断发展，CMOS图像传感器由于具有高集成度、低功耗等优点，在电子、监控、导航、交通等领域应用越来越广泛。但随着CMOS图像传感器技术地不断发展，对CMOS图像传感器的性能的要求也越来越高。
目前智能驾驶的应用越来越广泛，车载的CMOS图像传感器作为智能驾驶的信息采集来源，要求在各种驾驶环境和场景下均能采集到尽可能真实完整的图像信息。而车载CMOS图像传感器为了实现隧道和夜间图像信号的捕捉，要求CMOS图像传感器的动态范围足够大。与此同时，智能驾驶需要根据驾驶环境中的电子设备信号比如交通信号灯等进行驾驶模式调整，而这样的电子设备通常是LED灯信号，LED灯信号为周期调制信号，为了采集到完整的电子交通信号要求车载CMOS图像传感器必须能实现LED闪烁抑制。但现有技术中存在第二光电二极管的电荷向向第一光电二极管扩散的技术问题，从而使得第一光电二极管的信号受到影响，影响图像质量。
因此，有必要提供一种新型的像素单元及图像传感器以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种像素单元及图像传感器，避免第二光电二极管对第一光电二极管的影响，从而提高图像质量。
为实现上述目的，本发明的所述像素单元，其特征在于，包括：
第一光电二极管，灵敏度低于预定灵敏度；
第二光电二极管，灵敏度高于所述预定灵敏度；
第一传输单元，用于将所述第一光电二极管的电荷传输到第一节点；
第二传输单元，用于将所述第二光电二极管饱和范围内的电荷传输到第一节点，将所述第二光电二极管饱和范围外的电荷传输到第二节点或固定电位；
转换增益调节晶体管，用于通过打开或关断所述第一节点和所述第二节点之间的通路来控制对所述第二光电二极管的转换增益；
复位晶体管，与所述第一传输单元连接，用于将所述像素单元复位；以及
输出单元，用于放大所述第一节点处的电压并输出。
所述像素单元的有益效果在于：第二传输单元用于将所述第二光电二极管饱和范围内的电荷传输到第一节点，将所述第二光电二极管饱和范围外的电荷传输到第二节点或固定电位，能够避免所述第二光电二极管的电荷向所述第一光电二极管扩散，从而能够避免了所述第二光电二极管对所述第一光电二极管的影响，提高了图像质量，并且能够实现高动态范围的同时实现LED闪烁抑制。
可选地，所述第一传输单元包括第一传输晶体管，所述第一传输晶体管的第一端与所述第一光电二极管的阴极连接，所述第一光电二极管的阳极接地，所述第一传输晶体管的第二端与所述复位晶体管的第一端连接，所述复位晶体管第二端接电源电压。其有益效果在于：能够避免所述第二光电二极管的电荷向所述第一光电二极管扩散，从而避免了大像素对小像素的影响，提高了图像质量。
可选地，所述第二传输单元包括第二传输晶体管和第三传输晶体管，所述第二传输晶体管的第一端和所述第三传输晶体管的第一端均与所述第二光电二极管的阴极连接，所述第二光电二极管的阳极接地，所述第二传输晶体管的第二端与所述输出单元连接，所述第三传输晶体管单元的第二端与所述第二节点连接或接固定电位。其有益效果在于：能够避免所述第二光电二极管的电荷向所述第一光电二极管扩散，从而避免了大像素对小像素的影响，提高了图像质量。
可选地，所述转换增益调节晶体管的第一端为所述第二节点，所述转换增益调节晶体管的第二端为所述第一节点，所述转换增益调节晶体管的第一端与所述第一传输晶体管的第二端连接，所述转换增益调节晶体管的第二端与所述第二传输晶体管的第二端连接。
可选地，所述转换增益调节晶体管的第一端为所述第二节点，所述转换增益调节晶体管的第二端为所述第一节点，所述转换增益调节晶体管第二端与所述第一传输晶体管的第二端和所述第二传输晶体管的第二端连接，当所述第三传输晶体管单元的第二端接固定电位时，所述转换增益调节晶体管的第一端悬空。
可选地，所述第一传输单元还包括第四传输晶体管，所述第四传输晶体管的第一端与所述第一光电二极管的阴极连接，所述第一光电二极管的阳极接地，所述第四传输晶体管的第二端与所述第一传输晶体管的第一端连接。其有益效果在于：能够避免所述第二光电二极管的电荷向所述第一光电二极管扩散，从而避免了大像素对小像素的影响，提高了图像质量。
可选地，所述像素单元还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述转换增益调节晶体管的第一端连接，所述第一电容的另一端接固定电位或时序信号。其有益效果在于：能够降低所述第二光电二极管的低转化增益，扩大所述像素单元的动态范围。
可选地，所述像素单元还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第四传输晶体管的第二端连接，所述第二电容的另一端接固定电位或时序信号。其有益效果在于：能够扩大所述第一光电二极管的满阱电荷，进而扩大所述像素单元的动态范围。
可选地，所述像素单元还包括第一电容和第二电容，所述第一电容的一端与所述转换增益调节晶体管的第一端连接，所述第一电容的另一端接固定电位或时序信号，所述第二电容的一端与所述第四传输晶体管的第二端连接，所述第二电容的另一端接固定电位或时序信号，且所述第一电容的电容量小于所述第二电容的电容量。其有益效果在于：能够降低所述第二光电二极管的低转化增益，扩大所述像素单元的动态范围，并且能够扩大所述第一光电二极管的满阱电荷，进而扩大所述像素单元的动态范围。
可选地，所述输出单元包括放大晶体管和选择晶体管，所述放大晶体管的第一端接电源电压，所述放大晶体管的栅极与所述第二传输晶体管的第二端连接，所述放大晶体管的第二端与所述选择晶体管的第一端连接，所述选择晶体管的第二端用于输出所述放大晶体管放大的电压。
可选地，所述像素单元还包括驱动电路，所述驱动电路与所述第一传输晶体管的栅极、所述第二传输晶体管的栅极、所述第三传输晶体管的栅极、所述复位晶体管的栅极和所述选择晶体管的栅极连接，以驱动所述第一传输晶体管、所述第二传输晶体管、所述第三传输晶体管、所述复位晶体管和所述选择晶体管。
可选地，所述驱动电路还与所述第四传输晶体管的栅极连接，以驱动所述第四传输晶体管。
本发明还提供了一种图像传感器，包括至少一个所述像素单元构成的像素阵列。
所述图像传感器的有益效果在于：包括至少一个所述像素单元构成的像素阵列，像素单元包括第二传输单元，第二传输单元用于将所述第二光电二极管饱和范围内的电荷传输到第一节点，将所述第二光电二极管饱和范围外的电荷传输到第二节点或固定电位，能够避免所述第二光电二极管的电荷向所述第一光电二极管扩散，从而避免了所述第二光电二极管对所述第一光电二极管的影响，提高了图像质量，并且能够实现高动态范围的同时实现LED闪烁抑制。
附图说明
图1为本发明第一种实施例中像素单元的电路图；
图2为本发明第二种实施例中像素单元的电路图；
图3为本发明第三种实施例中像素单元的电路图；
图4为本发明第四种实施例中像素单元的电路图；
图5为本发明第五种实施例中像素单元的电路图；
图6为本发明第六种实施例中像素单元的电路图；
图7为本发明第七种实施例中像素单元的电路图；
图8为本发明第八种实施例中像素单元的电路图；
图9为本发明第九种实施例中像素单元的电路图；
图10为本发明第十种实施例中像素单元的电路图；
图11为本发明第十一种实施例中像素单元的电路图；
图12为本发明第十二种实施例中像素单元的电路图；
图13为本发明第十三种实施例中像素单元的电路图；
图14为本发明第十四种实施例中像素单元的电路图；
图15为本发明第十五种实施例中像素单元的电路图；
图16为本发明第十六种实施例中像素单元的电路图；
图17为本发明第十七种实施例中像素单元的电路图；
图18为本发明第十八种实施例中像素单元的电路图；
图19为本发明一些实施例中像素单元的时序图；
图20为现有技术中电路的电荷转移示意图；
图21为本发明图1、图2、图5、图8、图10、图11、图14以及图17所示电路的电荷转移示意图；
图22为为本发明图3、图4、图6、图7、图9、图12、图13、图15、图16以及图18所示电路的电荷转移示意图。
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，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种图像传感器，包括至少一个像素单元构成的像素阵列。
一些实施例中，所述像素单元包括第一光电二极管、第二光电二极管、第一传输单元、第二传输单元、转换增益调节晶体管、复位晶体管和输出单元。
一些实施例中，所述第一光电二极管的灵敏度低于预定灵敏度；所述第二光电二极管的灵敏度高于所述预定灵敏度；所述第一传输单元用于将所述第一光电二极管的电荷传输到第一节点；所述第二传输单元用于将所述第二光电二极管饱和范围内的电荷传输到第一节点，将所述第二光电二极管饱和范围外的电荷传输到第二节点或固定电位；所述转换增益调节晶体管用于通过打开或关断所述第一节点和所述第二节点之间的通路来控制对所述第二光电二极管的转换增益；所述复位晶体管与所述第一传输单元连接，用于将所述像素单元复位；所述输出单元用于放大所述第一节点处的电压并输出。
一些实施例中，所述固定电位大于接地电位，且小于或等于电源电位。
一些实施例中，所述第一传输单元包括第一传输晶体管，所述第一传输晶体管的第一端与所述第一光电二极管的阴极连接，所述第一光电二极管的阳极接地，所述第一传输晶体管的第二端与所述复位晶体管的第一端连接，所述复位晶体管第二端接电源电压。
一些实施例中，所述第二传输单元包括第二传输晶体管和第三传输晶体管，所述第二传输晶体管的第一端和所述第三传输晶体管的第一端均与所述第二光电二极管的阴极连接，所述第二光电二极管的阳极接地，所述第二传输晶体管的第二端与所述输出单元连接，所述第三传输晶体管单元的第二端与所述第二节点连接或接固定电位。
一些实施例中，所述转换增益调节晶体管的第一端为所述第二节点，所述转换增益调节晶体管的第二端为所述第一节点，所述转换增益调节晶体管的第一端与所述第一传输晶体管的第二端连接，所述转换增益调节晶体管的第二端与所述第二传输晶体管的第二端连接。
一些实施例中，所述转换增益调节晶体管的第一端为所述第二节点，所述转换增益调节晶体管的第二端为所述第一节点，所述转换增益调节晶体管第二端与所述第一传输晶体管的第二端和所述第二传输晶体管的第二端连接，当所述第三传输晶体管单元的第二端接固定电位时，所述转换增益调节晶体管的第一端悬空。
一些实施例中，所述第一传输单元还包括第四传输晶体管，所述第四传输晶体管的第一端与所述第一光电二极管的阴极连接，所述第一光电二极管的阳极接地，所述第四传输晶体管的第二端与所述第一传输晶体管的第一端连接。
一些实施例中，所述输出单元包括放大晶体管和选择晶体管，所述放大晶体管的第一端接电源电压，所述放大晶体管的栅极与所述第二传输晶体管的第二端连接，所述放大晶体管的第二端与所述选择晶体管的第一端连接，所述选择晶体管的第二端用于输出所述放大晶体管放大的电压。
一些实施例中，所述的像素单元还包括驱动电路，所述驱动电路与所述第一传输晶体管的栅极、所述第二传输晶体管的栅极、所述第三传输晶体管的栅极、所述复位晶体管的栅极和所述选择晶体管的栅极连接，以驱动所述第一传输晶体管、所述第二传输晶体管、所述第三传输晶体管、所述复位晶体管和所述选择晶体管。
一些可选实施例中，所述驱动电路还与所述第四传输晶体管的栅极连接，以驱动所述第四传输晶体管。
一些实施例中，所述的像素单元还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述转换增益调节晶体管的第一端连接，所述第一电容的另一端接固定电位或时序信号。
一些可选实施例中，所述的像素单元还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第四传输晶体管的第二端连接，所述第二电容的另一端接固定电位或时序信号。
一些可选实施例中，所述的像素单元还包括第一电容和第二电容，所述第一电容的一端与所述转换增益调节晶体管的第一端连接，所述第一电容的另一端接固定电位或时序信号，所述第二电容的一端与所述第四传输晶体管的第二端连接，所述第二电容的另一端接固定电位或时序信号，且所述第一电容的电容量小于所述第二电容的电容量。
本申请中任意一个晶体管的第一端为源极或漏极，任意一个晶体管的第二端为源极或漏极，且同一个晶体管的第一端和第二端不能同为源极或漏极。
一些实施例中，所述第一传输晶体管、所述第二传输晶体管、所述第三传输晶体管、所述第四传输晶体管、所述转换增益调节晶体管、所述复位晶体管、所述放大晶体管和所述选择晶体管为NMOS管或PMOS管，能够实现相应的功能即可。
图1为本发明第一种实施例中像素单元的电路图。参照图1，所述像素单元100包括第一光电二极管101、第二光电二极管102、第一传输单元103、第二传输单元104、转换增益调节晶体管105、输出单元106以及复位晶体管107，所述第一传输单元103包括第一传输晶体管1031，所述第二传输单元104包括第二传输晶体管1041和第三传输晶体管1042，所述输出单元106包括放大晶体管1061和选择晶体管1062，所述第一传输晶体管1031、所述第二传输晶体管1041、所述第三传输晶体管1042、所述转换增益调节晶体管105、所述复位晶体管107、所述放大晶体管1061和所述选择晶体管1062均为NMOS管。
参照图1，所述第一光电二极管101的阳极和所述第二光电二极管102的阳极均接地，所述第一光电二极管101的阴极与所述第一传输晶体管1031的源极连接，所述第一传输晶体管1031的漏极与所述第二节点109连接，所述第一传输晶体管1031的栅极用于接收第一传输控制信号TXS1。
参照图1，所述第二光电二极管102的阴极与所述第二传输晶体管1041的源极和所述第三传输晶体管1042的源极连接，所述第二传输晶体管1041的漏极与所述第一节点108连接，所述第二传输晶体管1041的栅极用于接收第二传输控制信号TXL1，所述第三传输晶体管1042的漏极连接所述第二节点109，所述第三传输晶体管1042的栅极用于接收第三传输控制信号TXL2。
参照图1，所述复位晶体管107的漏极接电源，所述复位晶体管107的源极与所述第二节点109连接，所述复位晶体管107的栅极用于接收复位控制信号RX。
参照图1，所述转换增益调节晶体管105的漏极与所述第二节点109连接，所述转换增益调节晶体管105的源极与所述第一节点108连接，所述转换增益调节晶体管105的栅极用于接收转换增益调节控制信号LCG。
参照图1，所述放大晶体管1061的漏极连接电源，所述放大晶体管1061的源极与所述选择晶体管1062的漏极连接，所述放大晶体管1061的栅极与所述第一节点108连接，所述选择晶体管1062的源极作为所述输出单元106的输出端，所述选择晶体管1062的栅极用于接收选择控制信号SEL。
图2为本发明第二种实施例中像素单元的电路图。图2与图1的区别在于：所述第一传输单元103还包括第四传输晶体管1032，所述第一光电二极管101的阴极与所述第四传输晶体管1032的源极连接，所述第四传输晶体管1032的漏极与所述第一传输晶体管1031的源极连接。
图3为本发明第三种实施例中像素单元的电路图。图3与图1的区别在于：所述第三传输晶体管1042的源极接工作电压。
图4为本发明第四种实施例中像素单元的电路图。图4与图2的区别在于：所述第三传输晶体管1042的源极接工作电压。
图5为本发明第五种实施例中像素单元的电路图。图5与图1的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号。
图6为本发明第六种实施例中像素单元的电路图。图6与图3的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号。
图7为本发明第七种实施例中像素单元的电路图。图7与图4的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号。
图8为本发明第八种实施例中像素单元的电路图。图8与图2的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091和第二电容10321，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号，所述第二电容10321的一端与所述第四传输晶体管1032的漏极连接，所述第二电容10321的另一端接固定电位或时序信号。
图9为本发明第九种实施例中像素单元的电路图。图9与图4的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091和第二电容10321，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号，所述第二电容10321的一端与所述第四传输晶体管1032的漏极连接，所述第二电容10321的另一端接固定电位或时序信号。
图10为本发明第十种实施例中像素单元的电路图。参照图10，所述像素单元100包括第一光电二极管101、第二光电二极管102、第一传输单元103、第二传输单元104、转换增益调节晶体管105、输出单元106以及复位晶体管107，所述第一传输单元103包括第一传输晶体管1031，所述第二传输单元104包括第二传输晶体管1041和第三传输晶体管1042，所述输出单元106包括放大晶体管1061和选择晶体管1062，所述第一传输晶体管1031、所述第二传输晶体管1041、所述第三传输晶体管1042、所述转换增益调节晶体管105、所述复位晶体管107、所述放大晶体管1061和所述选择晶体管1062均为NMOS管。
参照图10，所述第一光电二极管101的阳极和所述第二光电二极管102的阳极均接地，所述第一光电二极管101的阴极与所述第一传输晶体管1031的源极连接，所述第一传输晶体管1031的漏极与所述第一节点108连接，所述第一传输晶体管1031的栅极用于接收第一传输控制信号TXS1。
参照图10，所述第二光电二极管102的阴极与所述第二传输晶体管1041的源极和所述第三传输晶体管1042的源极连接，所述第二传输晶体管1041的漏极与所述第一节点108连接，所述第二传输晶体管1041的栅极用于接收第二传输控制信号TXL1，所述第三传输晶体管1042的漏极与所述第二节点109连接，所述第三传输晶体管1042的栅极用于接收第三传输控制信号TXL2。
参照图10，所述复位晶体管107的漏极接电源，所述复位晶体管107的源极与所述第一节点108连接，所述复位晶体管107的栅极用于接收复位控制信号RX。
参照图10，所述转换增益调节晶体管105的漏极与所述第一节点108连接，所述转换增益调节晶体管105的源极与所述第二节点109连接，所述转换增益调节晶体管105的栅极用于接收转换增益调节控制信号LCG。
参照图10，所述放大晶体管1061漏极连接电源，所述放大晶体管1061的源极与所述选择晶体管1062的漏极连接，所述放大晶体管1061的栅极与所述第一节点108连接，所述选择晶体管1062的源极作为所述输出单元106的输出端，所述选择晶体管1062的栅极用于接收选择控制信号SEL。
图11为本发明第十一种实施例中像素单元的电路图。图11与图10的区别在于：所述第一传输单元103还包括第四传输晶体管1032，所述第一光电二极管101的阴极与所述第四传输晶体管1032的源极连接，所述第四传输晶体管1032的漏极与所述第一传输晶体管1031的源极连接。
图12为本发明第十二种实施例中像素单元的电路图。图12与图10的区别在于：所述第三传输晶体管1042的源极接工作电压，所述转换增益调节晶体管105的源极悬空。
图13为本发明第十三种实施例中像素单元的电路图。图13与图11的区别在于：所述第三传输晶体管1042的源极接工作电压，所述转换增益调节晶体管105的源极悬空。
图14为本发明第十四种实施例中像素单元的电路图。图14与图10的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号。
图15为本发明第十五种实施例中像素单元的电路图。图15与图12的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号。
图16为本发明第十六种实施例中像素单元的电路图。图16与图13的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号。
图17为本发明第十七种实施例中像素单元的电路图。图17与图11的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091和第二电容10321，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号，所述第二电容10321的一端与所述第四传输晶体管1032的漏极连接，所述第二电容10321的另一端接固定电位或时序信号。
图18为本发明第十八种实施例中像素单元的电路图。图18与图13的区别在于：所述像素单元100还包括第一电容1091和第二电容10321，所述第一电容1091的一端与所述第二节点109连接，所述第一电容1091的另一端接固定电位或时序信号，所述第二电容10321的一端与所述第四传输晶体管1032的漏极连接，所述第二电容10321的另一端接固定电位或时序信号。
图19本发明一些实施例中像素单元的时序图。所述像素单元的驱动方法包括以下步骤：
步骤一：参照图2和图19，所述复位控制信号RX、所述第一传输控制信号TXS1、所述第二传输控制信号TXL1、所述第三传输控制信号TXL2、所述第四传输控制信号TXS2、所述转换增益调节控制信号LCG均变高电位，以将所述像素单元信号100复位。
步骤二：参照图2和图19，所述第一传输控制信号TXS1和所述第四传输控制信号TXS2均由高电位转为低电位，所述第一光电二极管101开始曝光。
步骤三：参照图2和图19，所述第二传输控制信号TXL1和所述第三传输控制信号TXL2均由高电位转为低电位，所述第二传输晶体管1041和所述第三传输晶体管1042均关断，所述第二光电二极管102开始曝光。
步骤四：参照图2和图19，所述复位控制信号RX由高电位变为低电位，所述选择控制信号SEL由低电平变为高电位，以输出所述第二光电二极管102的低增益复位信号Vrstl，然后所述选择控制信号SEL由高电位变为低电位。
步骤五：参照图2和图19，所述转换增益调节控制信号LCG由高电位变为低电位，所述选择控制信号SEL由低电位变为高电位，以输出所述第二光电二极管102的高增益复位信号Vrst2，然后所述选择控制信号SEL由高电位变为低电位。
步骤六：参照图2和图19，所述第二传输控制信号TXL1由低电位变为高电位一段时间后由高电位变为低电位，然后所述选择控制信号SEL由低电位变为高电位，以输出所述第二光电二极管102的高增益像素信号Vsig2，然后所述选择控制信号SEL由高电位变为低电位。
步骤七：参照图2和图19，所述转换增益调节控制信号LCG由低电位变为高电位，然后所述第二传输控制信号TXL1由低电位变为高电位一段时间后由高电位变为低电位，再然后所述选择控制信号SEL由低电位变为高电位，以输出所述第二光电二极管102的低增益像素信号Vsigl，再然后所述选择控制信号SEL有高电位变为低电位。
步骤八：参照图2和图19，所述复位控制信号RX由低电位变为高电位，所述第三传输控制信号TXL2由低电位变为高电位，以将所述第一节点108和所述第二节点109复位，然后所述复位控制信号RX由高电位变为低电位，所述第三传输控制信号TXL2由高电位变为低电位，所述选择控制信号SEL由低电位变为高点为，以输出所述第一光电二极管102的复位信号Vrst3，然后所述选择控制信号SEL由高电位变为低电位。
步骤九：参照图2和图19，所述第一传输控制信号TXS1由低电位变为高电位，同时所述第四传输控制信号TXS2由低电位变为高电位然后变为低电位，所述选择控制信号SEL由低电位变为高电位，以输出所述第一光电二极管102的像素信号Vsig3，然后所述选择控制信号SEL由高电位变为低电位。
步骤十：参照图2和图19，所述复位控制信号RX、所述第一传输控制信号TXS1、所述第二传输控制信号TXL1、所述第三传输控制信号TXL2、所述第四传输控制信号TXS2、所述转换增益调节控制信号LCG均由变为高电位，所述像素单元100复位，以为下次曝光做准备。
参照图2和图19，所述第二光电二极管102的低增益曝光信号为Vpix1＝Vrst1-Vsig1；所述第二光电二极管102的高增益曝光信号为Vpix2＝Vrst2-Vsig2；所述第一光电二极管101的曝光信号为Vpix3＝Vrst3-Vsig3。
图20为现有技术中电路的电荷转移示意图。参照图20，现有技术中高灵敏度的光电二极管LP饱和范围外的电荷1021会溢出到低灵敏度的光电二极管SP内，从而对低灵敏度的光电二极管SP造成影响。
图21为本发明图1、图2、图5、图8、图10、图11、图14以及图17所示电路的电荷转移示意图。参照图21，通过所述第三传输晶体管1042能够将所述第二光电二极管102饱和范围外的电荷1021释放到所述第二节点109，进而能够避免所述第二光电二极管102饱和范围外的电荷溢出到所述第一光电二极管101，避免了对所述第一光电二极管101的影响。
图22为本发明图3、图4、图6、图7、图9、图12、图13、图15、图16以及图18所示电路的电荷转移示意图。参照图22，通过所述第三传输晶体管1042能够将所述第二光电二极管102饱和范围外的电荷1021释放到电源VP，进而能够避免所述第二光电二极管102饱和范围外的电荷1021溢出到所述第一光电二极管101，避免了对所述第一光电二极管101的影响。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (15)

1.一种像素单元，其特征在于，包括：
第一光电二极管，灵敏度低于预定灵敏度；
第二光电二极管，灵敏度高于所述预定灵敏度；
第一传输单元，用于将所述第一光电二极管的电荷传输到第一节点；
第二传输单元，用于将所述第二光电二极管饱和范围内的电荷传输到第一节点，将所述第二光电二极管饱和范围外的电荷传输到第二节点或固定电位；
转换增益调节晶体管，用于通过打开或关断所述第一节点和所述第二节点之间的通路来控制对所述第二光电二极管的转换增益；
复位晶体管，与所述第一传输单元连接，用于将所述像素单元复位；以及
输出单元，用于放大所述第一节点处的电压并输出。
2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第一传输单元包括第一传输晶体管，所述第一传输晶体管的第一端与所述第一光电二极管的阴极连接，所述第一光电二极管的阳极接地，所述第一传输晶体管的第二端与所述复位晶体管的第一端连接，所述复位晶体管第二端接电源电压。
3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，所述第二传输单元包括第二传输晶体管和第三传输晶体管，所述第二传输晶体管的第一端和所述第三传输晶体管的第一端均与所述第二光电二极管的阴极连接，所述第二光电二极管的阳极接地，所述第二传输晶体管的第二端与所述输出单元连接，所述第三传输晶体管单元的第二端与所述第二节点连接或接固定电位。
4.根据权利要求3所述的像素单元，其特征在于，所述转换增益调节晶体管的第一端为所述第二节点，所述转换增益调节晶体管的第二端为所述第一节点，所述转换增益调节晶体管的第一端与所述第一传输晶体管的第二端连接，所述转换增益调节晶体管的第二端与所述第二传输晶体管的第二端连接。
5.根据权利要求3所述的像素单元，其特征在于，所述转换增益调节晶体管的第一端为所述第二节点，所述转换增益调节晶体管的第二端为所述第一节点，所述转换增益调节晶体管第二端与所述第一传输晶体管的第二端和所述第二传输晶体管的第二端连接，当所述第三传输晶体管单元的第二端接固定电位时，所述转换增益调节晶体管的第一端悬空。
6.根据权利要求4或5所述的像素单元，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述转换增益调节晶体管的第一端连接，所述第一电容的另一端接固定电位或时序信号。
7.根据权利要求3、4或5所述的像素单元，其特征在于，所述输出单元包括放大晶体管和选择晶体管，所述放大晶体管的第一端接电源电压，所述放大晶体管的栅极与所述第二传输晶体管的第二端连接，所述放大晶体管的第二端与所述选择晶体管的第一端连接，所述选择晶体管的第二端用于输出所述放大晶体管放大的电压。
8.根据权利要求7所述的像素单元，其特征在于，还包括驱动电路，所述驱动电路与所述第一传输晶体管的栅极、所述第二传输晶体管的栅极、所述第三传输晶体管的栅极、所述复位晶体管的栅极和所述选择晶体管的栅极连接，以驱动所述第一传输晶体管、所述第二传输晶体管、所述第三传输晶体管、所述复位晶体管和所述选择晶体管。
9.根据权利要求4或5所述的像素单元，其特征在于，所述第一传输单元还包括第四传输晶体管，所述第四传输晶体管的第一端与所述第一光电二极管的阴极连接，所述第一光电二极管的阳极接地，所述第四传输晶体管的第二端与所述第一传输晶体管的第一端连接。
10.根据权利要求9所述的像素单元，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述转换增益调节晶体管的第一端连接，所述第一电容的另一端接固定电位或时序信号。
11.根据权利要求9所述的像素单元，其特征在于，还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第四传输晶体管的第二端连接，所述第二电容的另一端接固定电位或时序信号。
12.根据权利要求9所述的像素单元，其特征在于，还包括第一电容和第二电容，所述第一电容的一端与所述转换增益调节晶体管的第一端连接，所述第一电容的另一端接固定电位或时序信号，所述第二电容的一端与所述第四传输晶体管的第二端连接，所述第二电容的另一端接固定电位或时序信号，且所述第一电容的电容量小于所述第二电容的电容量。
13.根据权利要求9所述的像素单元，其特征在于，所述输出单元包括放大晶体管和选择晶体管，所述放大晶体管的第一端接电源电压，所述放大晶体管的栅极与所述第二传输晶体管的第二端连接，所述放大晶体管的第二端与所述选择晶体管的第一端连接，所述选择晶体管的第二端用于输出所述放大晶体管放大的电压。
14.根据权利要求13所述的像素单元，其特征在于，还包括驱动电路，所述驱动电路与所述第一传输晶体管的栅极、所述第二传输晶体管的栅极、所述第三传输晶体管的栅极、所述第四传输晶体管的栅极、所述复位晶体管的栅极和所述选择晶体管的栅极连接，以驱动所述第一传输晶体管、所述第二传输晶体管、所述第三传输晶体管、所述第四传输晶体管、所述复位晶体管和所述选择晶体管。
15.一种图像传感器，其特征在于，包括至少一个如权利要求1～14任意一项所述的像素单元构成的像素阵列。
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