[發(fā)明專利]像素單元及其成像方法和成像裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810130554.1
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108270982B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莫要武;徐辰;邵澤旭;張正民;馬偉劍;任冠京;石文杰;高哲;謝曉
• 申請（專利權(quán)）人: 思特威（上海）電子科技有限公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/3745;H04N5/225
• 代理公司: 北京天馳君泰律師事務(wù)所 11592
• 代理人: 孟銳

本發(fā)明涉及像素單元及其成像方法以及成像裝置。該像素單元包括第一像素子部分及第二像素子部分，第一像素子部分及第二像素子部分分別包括：至少一個光電轉(zhuǎn)換支路，每個光電轉(zhuǎn)換支路包括：光電二極管；轉(zhuǎn)移晶體管，耦合至浮動擴散區(qū)域，其經(jīng)控制將光電二極管的電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴散區(qū)域；位晶體管，其用于重置浮動擴散區(qū)域的電位；電容，其第一極耦合到指定電壓；增益控制晶體管，其耦合在所述電容的第二極和浮動擴散區(qū)域之間，對電容與浮動擴散區(qū)域進行隔離控制；復(fù)位晶體管，耦合至電容及所述增益控制晶體管，經(jīng)控制信號對所述電容及增益控制晶體管耦合點進行電壓復(fù)位；源極跟隨晶體管，耦合至浮動擴散區(qū)域，對浮動擴散區(qū)域的信號放大輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及成像領(lǐng)域，特別地涉及一種雙轉(zhuǎn)換增益像素單元及其成像方法和成像裝置。

背景技術(shù)

對于圖像質(zhì)量的要求一直以來不斷地提高。特別是不借助結(jié)構(gòu)復(fù)雜的硬件而獲取高質(zhì)量的圖像更是成為目前成像領(lǐng)域研發(fā)工作的努力方向。例如，在如卡片式相機的便攜式成像裝置上獲取高分辨率高質(zhì)量的照片。

成像裝置一般具有像素陣列。像素陣列中的每一個像素包括感光器件，例如光電二極管、光開關(guān)等。每個感光器件接收光的能力不同。這種能力的不同反映到成像裝置上使成像裝置具有不同的光動態(tài)范圍，即成像裝置可接收光的范圍。當成像裝置的光動態(tài)范圍小于外界光強度的變化時，外界的景象就無法完全反映到所獲取的圖像中。本領(lǐng)域中一直希望能夠有一種簡便的方式能夠解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種像素單元，包括第一像素子部分及第二像素子部分，所述第一像素子部分及第二像素子部分分別包括：至少一個光電轉(zhuǎn)換支路，其中，每個所述光電轉(zhuǎn)換支路包括：光電二極管；以及轉(zhuǎn)移晶體管，耦合至浮動擴散區(qū)域，其經(jīng)控制將光電二極管的電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴散區(qū)域；復(fù)位晶體管，其用于重置浮動擴散區(qū)域的電位；電容，其第一極耦合到指定電壓；增益控制晶體管，其耦合在所述電容的第二極和浮動擴散區(qū)域之間，對所述電容與浮動擴散區(qū)域進行隔離控制；復(fù)位晶體管，耦合至電容及所述增益控制晶體管，經(jīng)控制信號對所述電容及所述增益控制晶體管耦合點進行電壓復(fù)位；源極跟隨晶體管，耦合至所述浮動擴散區(qū)域，對浮動擴散區(qū)域的信號放大輸出。

如上所述的像素單元，所述第一像素子部分及第二像素子部分進一步分別包含一行選擇晶體管，分別耦合至所述第一像素子部分及第二像素子部分的源極跟隨晶體管的輸出端，經(jīng)同一行選擇控制信號對輸出像素行進選擇控制。

如上所述的像素單元，所述增益控制晶體管通過控制所述電容是否耦合到所述浮動擴散區(qū)域來改變所述浮動擴散區(qū)域的電容。

如上所述的像素單元，所述第一像素子部分的復(fù)位晶體管及第二像素子部分的復(fù)位晶體管共用同一復(fù)位控制信號。

如上所述的像素單元，其中耦合至所述電容第一極的指定電壓為固定電壓或可變電壓。

如上所述的像素單元，所述電容為器件電容或所述復(fù)位晶體管和所述增益控制晶體管的連接點對地產(chǎn)生的寄生電容。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出一種成像裝置，包括：像素陣列，其包括排列成行和列的多個像素單元，其中每個所述像素單元包括第一像素子部分及第二像素子部分，其中，所述第一像素子部分及第二像素子部分分別包括：一個或多個光電二極管；一個或多個轉(zhuǎn)移晶體管，分別耦合至浮動擴散區(qū)域，將所述一個或多個光電二極管產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴散區(qū)域；電容，其第一極耦合到指定電壓；增益控制晶體管，其耦合在所述電容和浮動擴散區(qū)域之間，對所述電容與浮動擴散區(qū)域進行隔離控制；復(fù)位晶體管，耦合至電容及所述增益控制晶體管，經(jīng)控制信號對所述電容及所述增益控制晶體管耦合點進行電壓復(fù)位；源極跟隨晶體管，其耦合至所述浮動擴散區(qū)域，對浮動擴散區(qū)域的信號放大輸出；以及外圍電路，其控制所述像素陣列，并對所述像素陣列輸出的圖像信號進行量化和處理。

如上所述的成像裝置，所述增益控制晶體管通過控制所述電容是否電耦合到所述浮動擴散區(qū)域來改變所述浮動擴散區(qū)域的電容。