[發明專利]有源像素及圖像傳感器及其控制時序

有效

• 申請號: 201410262327.6
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104010142B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 郭同輝;陳杰;劉志碧;唐冕;曠章曲
• 申請（專利權）人: 北京思比科微電子技術股份有限公司
• 主分類號: H04N5/369
• 分類號: H04N5/369;H04N5/374;H04N5/335
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種有源像素及圖像傳感器及其控制時序。

背景技術

圖像傳感器已經被廣泛地應用于數碼相機、移動手機、醫療器械、汽車和其他應用場合。特別是制造CMOS(互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器技術的快速發展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質有了更高的要求。

在現有技術中，CMOS圖像傳感器像素的漂浮節點處一般都采用固定電容，如圖1所示，是采用CMOS圖像傳感器四晶體管的有源像素，在本領域中也稱為4T有源像素。4T有源像素的元器件包括：光電二極管101、傳輸晶體管102、復位晶體管103、源跟隨晶體管104和行選擇晶體管105。光電二極管101接收外界入射的光線，產生光電信號，開啟傳輸晶體管102，將光電信號傳輸至漂浮節點FD(Floating Diffusing)后關閉傳輸晶體管102，此光電信號被源跟隨晶體管104探測到，同時開啟行選擇晶體管105，通過列位線106將信號讀出。其中，在光電二極管101中產生的光電信號量與入射光照量成正比，則晶體管104在漂浮節點FD處所探測到的信號也與光照量成正比關系。

上述現有技術中的圖像傳感器的光電響應是線性的，在本領域內被稱為線性傳感器。線性傳感器所探測到的光照量范圍小，特別是高照明環境下無法辨認出實物信息，不能夠采集從暗光線環境變化到強光線環境下的全部信號，在業內稱為動態范圍小，從而降低了傳感器的輸出圖像品質。

發明內容

本發明的目的是提供一種漂浮節點處電容具有可自動調節功能的有源像素及圖像傳感器及其控制時序，解決現有技術不能采集從暗光線環境變化到強光線環境下的全部信號的問題，擴大圖像傳感器及像素的動態范圍。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的有源像素，包括置于半導體基體中的第一感光元件、位于所述第一感光元件與漂浮節點之間的傳輸晶體管、連接漂浮節點的第一復位晶體管，還包括連接漂浮節點的源跟隨晶體管、行選擇晶體管和列位線，所述有源像素還包括第二感光元件，所述第二感光元件通過輔助電容與所述漂浮節點連接，所述第二感光元件還連接有第二復位晶體管；

所述第二感光元件用于測試入射光照量；

所述第二復位晶體管用于在曝光開始前清除所述第二感光元件勢阱中的電荷；

所述輔助電容用于根據所述第二感光元件所接收到的光照量而自動調整其大小。

本發明的圖像傳感器，在垂直和水平方向上以矩陣方式排列若干有源像素，所述有源像素為上述的有源像素。

本發明的上述的有源像素的控制時序，包括步驟：

首先，同時開啟所述傳輸晶體管、第一復位晶體管和第二復位晶體管，清除所述第一感光元件和第二感光元件勢阱中的電荷；

然后，關閉所述傳輸晶體管、第一復位晶體管和第二復位晶體管，所述第一感光元件和第二感光元件開始曝光；

曝光結束時，清除所述漂浮節點的電荷后，將所述第一感光元件中的光電電荷轉移至所述漂浮節點；

所述漂浮節點的電容量通過所述第二感光元件接收到的入射光照量控制所述輔助電容的源漏電勢高低而自動調節。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的有源像素及圖像傳感器及其控制時序，由于有源像素還包括第二感光元件，第二感光元件通過輔助電容與漂浮節點連接，第二感光元件還連接有第二復位晶體管，可以根據圖像傳感器及像素上的入射光照量自動地調節漂浮節點處的電容量；與低照明環境比較，在高照明環境下，漂浮節點處的電容增大從而使得漂浮節點的信號飽和容量增加，則提高了圖像傳感器的動態范圍，同時也增大了信噪比。

附圖說明

圖1為現有技術的CMOS圖像傳感器的四晶體管(4T)有源像素的示意圖；

圖2為本發明實施例中CMOS圖像傳感器的四晶體管(4T)有源像素的示意圖；

圖3為本發明實施例中4T有源像素工作的時序控制示意圖；

圖4是本發明實施例中有源像素中的漂浮節點電容隨入射光照量的變化關系示意圖。

圖5是采用本發明實施例中有源像素的圖像傳感器示意圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。

本發明的有源像素，其較佳的具體實施方式是：