[發(fā)明專利]全局快門圖像傳感器像素結構及其信號采樣讀取方法

有效

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• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111416953B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 李志升;郭佳;許陽
• 申請（專利權）人: 深圳市南北微電子技術有限公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/357
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 陳興嶺

本發(fā)明公開了一種全局快門圖像傳感器像素結構及其信號采樣讀取方法，所述像素結構包括感光單元、存儲單元以及輸出單元，所述感光單元與所述存儲單元連接，所述存儲單元與所述輸出單元連接，所述存儲單元包括第一放大器，所述第一放大器與所述感光單元連接，所述輸出單元包括第二放大器，所述第二放大器與所述存儲單元連接；所述感光單元用于產(chǎn)生復位信號和采集圖像信號，所述存儲單元用于放大，采樣，存儲全局曝光產(chǎn)生的復位信號和圖像信號所述輸出單元用于放大輸出所述復位信號和圖像信號，以獲得有效的實現(xiàn)相關雙采樣的圖像信息。本全局快門像素電路結構改善了現(xiàn)有全局曝光圖像傳感器技術中信號輸出幅度減半的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體圖像傳感器領域，尤其涉及一種全局快門圖像傳感器像素結構及其信號采樣讀取方法。

背景技術

CMOS圖像傳感器是目前廣泛使用的將光信號轉換為電信號的成像裝置，它主要有兩種快門實現(xiàn)方式，卷簾快門(rolling shutter)和全局快門(global shutter)。卷簾快門是通過像素陣列逐行曝光的方式實現(xiàn)的，每個獨立的行在完成前一幀當前像素行的讀出后即可以開始下一幀的曝光。每行開始曝光的最短時間延遲為每行的讀取時間。這樣周期性的讀取圖像，使得每一行的曝光時間相同，但在曝光的起止點不同。如果成像區(qū)域有運動物體，則掃描得到的圖像將會出現(xiàn)失真。為了解決這種失真就需要全局快門的幫助。全局快門圖像傳感器所有像素點同時開始曝光，同時結束曝光。光電轉換結束后整個陣列再按順序讀出得到一幅完整的圖片。全局快門圖像傳感器像素結構與卷簾快門像素結構最主要的區(qū)別是在每個像素中增加了信號存儲單元，以實現(xiàn)全局曝光的信號存儲。全局快門像素在曝光結束后同時將感光元件光電轉換所得的信號存入存儲單元。這樣感光元件在電荷存儲完成就可以開始下一段曝光，而存儲單元中的信號卻不會受影響。全局快門的像素有各種實現(xiàn)方式，其中存儲信號在電壓域的實現(xiàn)方式因為工藝實現(xiàn)簡單，易于在背照式圖像傳感器中實現(xiàn)，有著廣泛的應用。前人提出了很多種全局快門的像素結構，但是要么存在輸出信號幅度減半的問題，要么有較大的輸出固定偏差，影響成像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種全局快門圖像傳感器像素結構，可以解決現(xiàn)有實現(xiàn)技術中輸出信號幅度減半的問題，并且具有較小的固定輸出偏差和寄生光敏感度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種全局快門圖像傳感器像素結構，所述全局快門圖像傳感器像素結構包括感光單元、存儲單元以及輸出單元，所述感光單元與所述存儲單元連接，所述存儲單元與所述輸出單元連接，所述存儲單元包括第一放大器，所述第一放大器與所述感光單元連接，所述輸出單元包括第二放大器，所述第二放大器與所述存儲單元連接；所述感光單元用于產(chǎn)生復位信號和采集圖像信號，所述存儲單元用于放大和采樣存儲全局曝光的復位信號和圖像信號，所述輸出單元用于放大輸出所存儲的復位信號和圖像信號，以獲得有效的全局曝光圖像信息。

進一步地，所述感光單元包括感光元件、第一開關元件、第二開關元件、懸浮節(jié)點，所述感光元件與所述第一開關元件的一端連接，所述第一開關元件的另一端接入所述懸浮節(jié)點，所述第一開關元件控制所述感光元件經(jīng)光電轉換積累的電荷的傳輸，所述第二開關元件的一端接入所述懸浮節(jié)點，所述第二開關元件的另一端接入電源電壓。

進一步地，所述存儲單元還包括第三開關元件、第四開關元件、第一存儲電容以及第二存儲電容，所述第三開關元件的一端與所述第一放大器連接，所述第三開關元件的另一端與所述第四開關元件連接；所述第三開關元件與所述第四開關元件之間設置有第一存儲節(jié)點，所述第一存儲電容的一端接入所述第一存儲節(jié)點，以存儲采樣獲得的圖像信號；所述第二存儲電容與所述第四開關元件連接，以存儲采樣獲得的復位信號；所述第四開關元件和第二存儲電容之間設置有第二存儲節(jié)點。

進一步地，所述輸出單元包括還包括第五開關元件和第六開關元件，所述第五開關元件的第一端接入電源電壓，所述第五開關元件的第二端與所述第二放大器連接，所述第六開關元件與所述第二放大器連接，用于使能像素的輸出。