[發明專利]一種基于仿生視覺的CMOS圖像傳感器像素結構

在審

• 申請號: 202011243957.0
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112420759A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 曲楊;常玉春;梁紅偉;劉巖;婁珊珊;鐘國強;程禹;宋辰昱;曹伉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 大連格智知識產權代理有限公司 21238
• 代理人: 劉琦

本發明涉及CMOS圖像傳感器技術領域，提供一種基于仿生視覺的CMOS圖像傳感器像素結構，包括：彩色信號收集單元、黑白信號收集單元、第三轉移晶體管TG3、復位晶體管RST、源極跟隨器SF和行選擇晶體管RS；所述黑白信號收集單元，包括：第一鉗位光電二極管PPD1、第一轉移晶體管TG1和第一浮置擴散電容FD1；所述彩色信號收集單元，包括：第二鉗位光電二極管PPD2、第二轉移晶體管TG2和第二浮置擴散電容FD2。本發明能夠在同一CMOS圖像傳感器中分別獲得高靈敏度的黑白圖像信號和彩色圖像信號。

技術領域

本發明涉及CMOS圖像傳感器技術領域，尤其涉及一種基于仿生視覺的 CMOS圖像傳感器像素結構。

背景技術

隨著半導體技術的飛速發展，CMOS圖像傳感器的應用范圍已經擴大到智能汽車、監控安保、機器視覺和消費產品等領域。尤其在微光成像應用中，滿阱容量、噪聲、動態范圍、靈敏度和信噪比等參數將直接影響成像效果。為了提升相機在微光環境下的成像性能，產生了一種通過對暗場黑白圖像和暗場彩色圖像進行加權合成從而實現暗場增強的圖像處理技術。

目前，為了獲得一幅高響應度的黑白圖像和一幅彩色圖像，通常采用一個彩色攝像頭與一個黑白攝像頭組合的方案。目前的CMOS圖像傳感器像素采用4T像素結構，可以實現讀出信號的同時進行下一幀的曝光，但是這種結構只能實現一種圖像的獲取，即黑白圖像或者彩色圖像，無法在同一像素中同時獲取兩種圖像。

發明內容

本發明主要解決現有技術的CMOS圖像傳感器上無法同時獲得黑白圖像信號和彩色圖像信號的技術問題，提出一種基于仿生視覺的CMOS圖像傳感器像素結構，以在同一CMOS圖像傳感器中分別獲得高靈敏度的黑白圖像信號和彩色圖像信號。

本發明提供了一種基于仿生視覺的CMOS圖像傳感器像素結構，包括：彩色信號收集單元、黑白信號收集單元、第三轉移晶體管TG3、復位晶體管 RST、源極跟隨器SF和行選擇晶體管RS；

所述黑白信號收集單元，包括：第一鉗位光電二極管PPD1、第一轉移晶體管TG1和第一浮置擴散電容FD1；所述第一鉗位光電二極管PPD1無彩色濾光片；所述第一鉗位光電二極管PPD1反向偏置，所述第一鉗位光電二極管PPD1的陽極接地、陰極與第一轉移晶體管TG1漏極相接；所述第一轉移晶體管TG1的源極與第一浮置擴散電容FD1的第一端子相接；所述第一浮置擴散電容FD1的第二端子接地；

所述彩色信號收集單元，包括：第二鉗位光電二極管PPD2、第二轉移晶體管TG2和第二浮置擴散電容FD2；所述第二鉗位光電二極管PPD2有彩色濾光片；所述第二鉗位光電二極管PPD2反向偏置，所述第二鉗位光電二極管 PPD2的陽極接地、陰極與第二轉移晶體管TG2漏極相接；所述第二轉移晶體管 TG2的源極與第二浮置擴散電容FD2的第一端子相接；所述浮置擴散電容FD2 的第一端子與第三轉移晶體管TG3的漏極相接；

所述轉移晶體管TG3的源極與第一浮置擴散電容FD1的第一端子相接，并與復位晶體管RST的源極和源極跟隨器SF的柵極相連；

所述復位晶體管RST的漏極與電源電壓VDD相連；

所述源極跟隨器SF的漏極與電源電壓VDD相連；所述源極跟隨器SF的源極與行選擇晶體管RS的漏極相連。

優選的，所述行選擇晶體管RS的源極與讀出電路相連。

優選的，所述第一浮置擴散電容FD1的電容為5至10fF。

優選的，所述第二浮置擴散電容FD2的電容為700至1000fF。

優選的，所述基于仿生視覺的CMOS圖像傳感器像素結構的工作時序控制過程：