一种高灵敏度的相位检测像素单元及其驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度的相位检测像素单元，通过使相位检测像素两个感光单元共用由信号采样保持单元、信号复位输出单元组成的一个读出电路，不仅在曝光之后能够读出相位检测像素单元的信号，而且通过使两个感光单元转化得到的电信号共用一个读出电路，避免了工艺偏差所导致的两个电信号的噪声差异，从而提高了相位差检测时的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度的相位检测像素单元及其驱动方法
本专利技术涉及图像传感器
，更具体地，涉及一种高灵敏度的相位检测像素单元及其驱动方法。
技术介绍
随着图像传感器技术的不断发展，CMOS图像传感器由于具有高集成度、低功耗等优点，在电子、监控、导航、交通等领域应用越来越广泛。但随着CMOS图像传感器技术的不断发展，对CMOS图像传感器性能的要求也越来越高。对焦速度是衡量CMOS图像传感器性能的一个重要指标，对焦时间越短，CMOS图像传感器的性能就越好。在现有的几种对焦方法中，对比度法对焦技术算法复杂；反差对焦方法由于需要完成一次完整的焦点扫描，使得对焦时间较长；主动式对焦方法需要配置红外线或超声波测距装置，而且对于光滑面、远距离和吸光物体难以实现对焦。因此相位检测像素结构的出现受到了广泛关注。然而，由于一个相位检测像素单元具有两个光电二极管和两个信号读取电路，而制作两个信号读取电路时的工艺误差会带来降低相位检测灵敏度的问题，进而会降低对焦时的准确率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高灵敏度的相位检测像素单元及其驱动方法，以提高相位差检测的灵敏度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种高灵敏度的相位检测像素单元，包括：一个相位检测像素，其包括两个并列的感光单元，用于将各自接受的光信号转化为电信号，并随入射光角度的变化，产生相位差；一个信号采样保持单元，其包括两个相同的相位保持子单元，两个相位保持子单元的输入端分别与两个感光单元的输出端相连，用于传输和储存两个感光单元产生的电信号；一个信号复位输出单元，其输入端与两个相位保持子单元的输出端同时相连，用于对电路复位和输出电信号。优选地，两个所述感光单元在其上方共用一个显微镜头和一个滤光片。优选地，所述感光单元为光电二极管，每个相位保持子单元包括一个光电开关MOS管、一个电容开关MOS管、一个电容以及一个选择开关MOS管，信号复位输出单元包括一个复位MOS管、一个输出MOS管和一个偏置MOS管；其中，每个光电二极管的阳极分别与电源负极相连，每个相位保持子单元中光电开关MOS管的源极和一个光电二极管的阴极相连，漏极和电容开关MOS管的漏极、选择开关MOS管的源极相连，电容的一端与电容开关MOS管的源极相连，另一端接地，选择开关MOS管的栅极连接像素选择信号，两个光电开关MOS管的栅极相连，并连接光电开关选择信号，两个电容开关MOS管的栅极相连，并连接电容选择信号，复位MOS管的漏极和电源正极相连，源极和两个选择开关MOS管的漏极相连，栅极与一个复位信号相连，输出MOS管的栅极与复位MOS管的源极、两个选择开关MOS管的漏极相连，输出MOS管的漏极和电源正极相连，源极和偏置MOS管的漏极相连，并作为像素的信号输出端，偏置MOS管的源极接地，栅极与一个偏置电压相连。优选地，所述感光单元为光电二极管，每个相位保持子单元包括一个光电开关MOS管、一个电容开关MOS管、一个电容以及一个选择开关MOS管，信号复位输出单元包括一个复位MOS管、一个输出MOS管和一个偏置MOS管；其中，每个光电二极管的阳极分别与电源负极相连，每个相位保持子单元中光电开关MOS管的漏极和一个光电二极管的阴极相连，源极和电容开关MOS管的源极、选择开关MOS管的漏极相连，电容的一端与电容开关MOS管的漏极相连，另一端接地，选择开关MOS管的栅极连接像素选择信号，两个光电开关MOS管的栅极相连，并连接光电开关选择信号，两个电容开关MOS管的栅极相连，并连接电容选择信号，复位MOS管的源极和电源正极相连，漏极和两个选择开关MOS管的源极相连，栅极与一个复位信号相连，输出MOS管的栅极与复位MOS管的漏极、两个选择开关MOS管的源极相连，输出MOS管的源极和电源正极相连，漏极和偏置MOS管的源极相连，并作为像素的信号输出端，偏置MOS管的漏极接地，栅极与一个偏置电压相连。优选地，两个所述光电二极管相隔离，各自实现光电转化。优选地，所述MOS管为NMOS管。优选地，两个光电开关MOS管的尺寸相同，两个电容开关MOS管的尺寸相同，两个电容的尺寸相同，两个选择开关MOS管的尺寸相同。一种上述高灵敏度的相位检测像素单元的驱动方法，包括以下步骤：步骤1：将两个光电开关MOS管、两个选择开关MOS管和复位MOS管、输出MOS管打开，将两个电容开关MOS管关断，使光电二极管复位；步骤2：保持两个电容开关MOS管关断，并将两个光电开关MOS管、两个选择开关MOS管和复位MOS管、输出MOS管关断，使光电二极管曝光，并积累电荷；步骤3：将复位MOS管、输出MOS管关断，将两个光电开关MOS管、两个电容开关MOS管打开，停止电荷积累，将两个光电二极管积累的电荷分别转移到两个光电开关MOS管的漏极，并将电信号进一步存储在两个电容中；步骤4：将两个光电开关MOS管关断，保持两个电容开关MOS管导通，将偏置MOS管和其中一个选择开关MOS管打开，输出对应相位保持子单元中电容上存储的电信号；步骤5：将打开的上述其中一个选择开关MOS管关断，并将另一个选择开关MOS管打开，以输出另一个相位保持子单元中电容上存储的电信号；步骤6：将打开的另一个选择开关MOS管关断，并关断电容开关MOS管和偏置MOS管，准备下一帧信号的读取。优选地，步骤1中，使复位信号、光电开关选择信号、两个像素选择信号均为高电压；步骤2中，使复位信号、光电开关选择信号、两个像素选择信号均由高电压变为低电压；步骤3中，使光电开关选择信号由低电压变为高电压，电容选择信号由低电压变为高电压；步骤4中，使光电开关选择信号由高电压变为低电压，偏置电压由低电压变为高电压，其中一个像素选择信号由低电压变为高电压；步骤5中，使其中一个像素选择信号由高电压变为低电压，另一个像素选择信号由低电压变为高电压；步骤6中，使另一个像素选择信号由高电压变为低电压，偏置电压、电容选择信号由高电压变为低电压。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过使相位检测像素两个感光单元共用由信号采样保持单元、信号复位输出单元组成的一个读出电路，不仅在曝光之后能够读出相位检测像素单元的信号，而且通过使两个感光单元转化得到的电信号共用一个读出电路，避免了工艺偏差所导致的两个电信号的噪声差异，从而提高了相位差检测时的灵敏度。附图说明图1是本专利技术一较佳实施例的一种高灵敏度的相位检测像素单元电路结构示意图；图2-图3是本专利技术一较佳实施例的一种相位检测像素结构及其受不同方向入射光照射时的状态示意图；图4是本专利技术相位检测像素中两个光电二极管产生的电信号大小随入射光入射角变化的曲线图；图5是本专利技术一较佳实施例的高灵敏度的相位检测像素单元的驱动方法时序图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本专利技术一较佳实施例的一种高灵敏度的相位检测像素单元电路结构示意图。如图1所示，本专利技术的一种高灵敏度的相位检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏度的相位检测像素单元，其特征在于，包括：一个相位检测像素，其包括两个并列的感光单元，用于将各自接受的光信号转化为电信号，并随入射光角度的变化，产生相位差；一个信号采样保持单元，其包括两个相同的相位保持子单元，两个相位保持子单元的输入端分别与两个感光单元的输出端相连，用于传输和储存两个感光单元产生的电信号；一个信号复位输出单元，其输入端与两个相位保持子单元的输出端同时相连，用于对电路复位和输出电信号。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度的相位检测像素单元，其特征在于，包括：一个相位检测像素，其包括两个并列的感光单元，用于将各自接受的光信号转化为电信号，并随入射光角度的变化，产生相位差；一个信号采样保持单元，其包括两个相同的相位保持子单元，两个相位保持子单元的输入端分别与两个感光单元的输出端相连，用于传输和储存两个感光单元产生的电信号；一个信号复位输出单元，其输入端与两个相位保持子单元的输出端同时相连，用于对电路复位和输出电信号。2.根据权利要求1所述的高灵敏度的相位检测像素单元，其特征在于，两个所述感光单元在其上方共用一个显微镜头和一个滤光片。3.根据权利要求1所述的高灵敏度的相位检测像素单元，其特征在于，所述感光单元为光电二极管，每个相位保持子单元包括一个光电开关MOS管、一个电容开关MOS管、一个电容以及一个选择开关MOS管，信号复位输出单元包括一个复位MOS管、一个输出MOS管和一个偏置MOS管；其中，每个光电二极管的阳极分别与电源负极相连，每个相位保持子单元中光电开关MOS管的源极和一个光电二极管的阴极相连，漏极和电容开关MOS管的漏极、选择开关MOS管的源极相连，电容的一端与电容开关MOS管的源极相连，另一端接地，选择开关MOS管的栅极连接像素选择信号，两个光电开关MOS管的栅极相连，并连接光电开关选择信号，两个电容开关MOS管的栅极相连，并连接电容选择信号，复位MOS管的漏极和电源正极相连，源极和两个选择开关MOS管的漏极相连，栅极与一个复位信号相连，输出MOS管的栅极与复位MOS管的源极、两个选择开关MOS管的漏极相连，输出MOS管的漏极和电源正极相连，源极和偏置MOS管的漏极相连，并作为像素的信号输出端，偏置MOS管的源极接地，栅极与一个偏置电压相连。4.根据权利要求1所述的高灵敏度的相位检测像素单元，其特征在于，所述感光单元为光电二极管，每个相位保持子单元包括一个光电开关MOS管、一个电容开关MOS管、一个电容以及一个选择开关MOS管，信号复位输出单元包括一个复位MOS管、一个输出MOS管和一个偏置MOS管；其中，每个光电二极管的阳极分别与电源负极相连，每个相位保持子单元中光电开关MOS管的漏极和一个光电二极管的阴极相连，源极和电容开关MOS管的源极、选择开关MOS管的漏极相连，电容的一端与电容开关MOS管的漏极相连，另一端接地，选择开关MOS管的栅极连接像素选择信号，两个光电开关MOS管的栅极相连，并连接光电开关选择信号，两个电容开关MOS管的栅极相连，并连接电容选择信号，复位MOS管的源极和电源正极相连，漏极和两个选择开关MOS管的源极相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾夕，温建新，皮常明，李琛，何学红，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31