[發明專利]高動態范圍圖像傳感器及其控制方法

有效

• 申請號: 201210035539.1
• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102547159A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 田犁;汪輝;陳杰;方娜;苗田樂
• 申請（專利權）人: 上海中科高等研究院
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/3745;H01L27/146
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 成春榮;竺云

1.一種高動態范圍圖像傳感器，其特征在于，包括控制單元和多個像元，其中每個像元中包括：

N個感光器件，用于將光信號轉換成電信號，其中N為大于1的整數；

一個浮空擴散區，用于作為一個電容存儲來自所述N個感光器件的電荷；

N個轉移晶體管，與所述N個感光器件一一對應，分別連接在對應的感光器件與所述浮空擴散區之間，用于根據該轉移晶體管柵極上的控制信號打開或關閉對應的感光器件與所述浮空擴散區之間的連接；

一個復位晶體管，與所述浮空擴散區連接，用于對所述浮空擴散區進行復位；

一個放大晶體管，其柵極與所述浮空擴散區連接，用于對來自所述浮空擴散區的電信號進行放大后通過源極或漏極輸出；

所述控制單元用于提供所述N個轉移晶體管柵極上的控制信號，在每個積分周期內分別按預定時序先后打開所述N個感光器件與所述浮空擴散區之間的連接。

2.根據權利要求1所述的高動態范圍圖像傳感器，其特征在于，在所述高動態范圍圖像傳感器的芯片上，疊加了兩層微透鏡，離感光器件較遠的第一層是一個微透鏡，離感光器件較近的第二層是N個微透鏡，分別對應N個感光器件，輸入光通過第一層的微透鏡進行采樣后透過第二層N個微透鏡照射到N個感光器件上。

3.根據權利要求2所述的高動態范圍圖像傳感器，其特征在于，還包括多次采樣計算單元，用于在一個積分周期內根據預定時序多次讀取放大晶體管輸出的電信號，按多次曝光圖像融合的算法計算得到光強度。

4.根據權利要求3所述的高動態范圍圖像傳感器，其特征在于，兩層微透鏡的形狀為圓形。

5.根據權利要求4所述的高動態范圍圖像傳感器，其特征在于，所述感光器件的個數為4個。

6.根據權利要求1至5中任一項所述的高動態范圍圖像傳感器，其特征在于，所述N個感光器件對光強度的靈敏度不同，按所述預定時序越早被打開的轉移晶體管所對應的感光器件對光強度的靈敏度越低。

7.根據權利要求1至5中任一項所述的高動態范圍圖像傳感器，其特征在于，所述N個感光器件的感光面積不同，按所述預定時序越早被打開的轉移晶體管所對應的感光器件的感光面積越小。

8.一種高動態范圍圖像傳感器的控制方法，用于如權利要求1至7中任一項所述的圖像傳感器，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

在一個積分周期內，根據預定時序，按照i從1到N依次遞增的順序，反復執行以下步驟：

通過與第i個感光器件對應的轉移晶體管打開第i個感光器件與所述浮空擴散區之間的連接，持續預定時長后關閉該連接，對所述放大晶體管輸出的電信號進行第i次讀取，通過所述復位晶體管對所述浮空擴散區進行第i次復位。

9.一種高動態范圍圖像傳感器的控制方法，用于如權利要求1至7中任一項所述的圖像傳感器，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

在一個積分周期內，根據預定時序，按照i從1到N依次遞增的順序，反復執行以下步驟：

通過與第i個感光器件對應的轉移晶體管打開第i個感光器件與所述浮空擴散區之間的連接，持續預定時長后關閉該連接，對所述放大晶體管輸出的電信號進行第i次讀??；

在完成對所述放大晶體管輸出的電信號的第N次讀取后，通過所述復位晶體管對所述浮空擴散區進行復位。

10.一種高動態范圍圖像傳感器的控制方法，用于如權利要求1至7中任一項所述的圖像傳感器，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

在一個積分周期內，根據預定時序，按照i從1到N依次遞增的順序，反復執行以下步驟：

通過與第i個感光器件對應的轉移晶體管打開第i個感光器件與所述浮空擴散區之間的連接，對所述放大晶體管輸出的電信號進行第i次讀??；

在完成對所述放大晶體管輸出的電信號的第N次讀取后，分別通過N個轉移晶體管關閉對應的N個感光器件與所述浮空擴散區之間的連接；通過所述復位晶體管對所述浮空擴散區進行復位。