全局曝光图像传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种全局曝光图像传感器，所述图像传感器的采样保持单元包括并行连接设置的复位信号采样存储单元和图像信号采样存储单元，分别由一个或多个控制晶体管及电容构成。复位信号采样存储单元用于存储和控制读取像素电路的复位信号，图像信号采样存储单元用于存储和控制读取像素电路的图像信号。图像传感器的读出电路和控制电路对像素阵列输出的复位信号和图像信号读取控制和量化处理，根据不同的采样保持单元设计结构及读取方式，实现复位信号和图像信号的相关双采样，并通过计算获得输出图像的有效值。本实用新型专利技术所提供的内容与现有技术中全局曝光图像传感器的实现方案相比，能有效简化像素电路的时序操作，实现更小的CDS计算误差。

【技术实现步骤摘要】
全局曝光图像传感器
本技术涉及图像传感器
，尤其涉及一种采样保持单元采用并行设计结构并进行读取操作实现全局曝光的图像传感器设计。
技术介绍
CMOS图像传感器广泛应用于各领域，数码相机、无人机，视频监控设备，自动驾驶等。通常的图像传感器设计具有两种曝光方式，滚动曝光方式(rollingshutter)和全局曝光方式(globalshutter)。滚动曝光的图像传感器的像素阵列中像素为逐行进行曝光扫描的方式，第一行，第二行…直至最后一行。滚动曝光方式适用于静态物体或环境的图像采集。滚动曝光方式的图像传感器采集动态的景物时，由于每行像素的曝光时间段都不相同，第一行像素采集图像信号时的实物位置与最后一行像素采集图像信号时的实物位置可能会相差很大，例如拍照快速转动的风扇，行进的汽车等，会发现所采集的图像发生了扭曲、畸变(果冻效应)。全局曝光方式的图像传感器采集图像时，像素阵列中的每个像素都同时曝光，曝光结束后，再逐个读取像素采集到的图像信号。全局曝光方式的图像传感器，像素阵列中的每个像素同步曝光采集图像信号，可以消除果冻效应带来的影响。因此全局曝光方式的图像传感器，适合采集运动物体的图像。传统的全局曝光像素单元采用5T结构像素电路，这种像素电路实现的全局曝光方式存在一些问题和缺点。例如，信号读取时无法实现真正的相关双采样(CDS，CorrelatedDoubleSampling)，因而不能消除浮动节点(FD，floatingdiffusion)的复位噪声，像素输出时其读出噪声会很大。另外，由于浮动节点处的漏电流大，此种像素结构在信号读取过程中，后读取的像素信号电荷存储不够完整，因而会存在影响输出图像的质量的问题。公开号为CN102447848B，名称为“CMOS图像传感器全局曝光像素单元”的专利技术专利中公开的技术方案采样保持电路中第一开关和第一采样保持电容，与第二开关和第二采样保持电容设置为串行连接结构。第一采样保持电容采样保存图像信号，第二采样保持电容采样保存复位信号。此像素电路中串行连接结构的两部分采样保持电路，其读取操作时序复杂，像素电路的最短曝光时间长。同时，在图像信号和复位信号采样过程中，基于图像信号和复位信号采样保持电路串行连接结构其先后采样信号过程不完全对称，存在的误差会较大。基于上述存在的多种问题，本技术提出一种创新的全局曝光图像传感器设计结构及读取控制的方式，以解决现有技术中全局曝光图像传感器存在的多种问题，满足应用需求。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种具有创新像素电路结构设计的全局曝光图像传感器，所述全局曝光图像传感器的像素阵列包含若干按行和列设置的像素单元，每个所述像素单元包括：感光单元，所述感光单元包括感光器件，如光电二极管，以及传输晶体管，通过所述传输晶体管将感光器件光电效应累计的电子转移到浮动节点；复位电路，包括复位晶体管，通过复位控制信号复位节点电路；第一输出单元，所述第一输出单元包括第一源极跟随晶体管和偏置控制晶体管，所述第一源极跟随晶体管的栅极连接到所述浮动节点，其源极连接到所述偏置控制晶体管，所述偏执控制晶体管由偏压控制信号控制；所述第一输出单元输出复位信号电压及图像信号电压；第二输出单元，所述第二输出单元包括第二源极跟随晶体管和行选择晶体管；所述行选择晶体管连接到所述第二源极跟随晶体管的源极输出端，通过行选择控制信号控制其输出至列线；采样保持单元，所述采样保持单元连接在所述第一输出单元和所述第二输出单元之间，用于采样和存储复位信号电压和图像信号电压；控制电路和读出电路，对所述全局曝光图像传感器的像素阵列的输出进行读取控制和量化处理，所述量化处理包括模数转换及放大处理；可选的，所述采样保持单元包括复位信号采样存储单元和图像信号采样存储单元，所述复位信号采样存储单元和所述图像信号采样存储单元并行连接在第一输出单元的输出端和第二输出单元的输入端之间；所述复位信号采样存储单元包括复位信号存储控制晶体管，复位信号存储电容，以及复位信号读取控制晶体管；所述复位信号存储控制晶体管和所述复位信号读取控制晶体管构成串行连接，所述复位信号存储电容连接至所述复位信号存储控制晶体管和所述复位信号读取控制晶体管的连接点，另一端接地；所述图像信号采样存储单元包括图像信号存储控制晶体管，图像信号存储电容，以及图像信号读取控制晶体管；所述图像信号存储控制晶体管和所述图像信号读取控制晶体管构成串行连接，所述图像信号存储电容连接至所述图像信号存储控制晶体管和所述图像信号读取控制晶体管的连接点，另一端接地；所述复位信号存储控制晶体管和所述图像信号存储控制晶体管分别连接至所述第一输出单元的第一源极跟随晶体管的源极输出端；所述复位信号读取控制晶体管和所述图像信号读取控制晶体管分别连接至所述第二输出单元的第二源极跟随晶体管的栅极；复位信号经所述复位信号存储控制晶体管控制存储到所述复位信号存储电容；图像信号经所述图像信号存储控制晶体管存储到所述图像信号存储电容；通过所述复位信号读取控制晶体管控制读出所述复位信号电压，通过所述图像信号读取控制晶体管控制读出所述图像信号电压；所述全局曝光图像传感器的读出电路分别对所读出的复位信号电压和所述图像信号电压进行量化处理，得到复位信号电压数值和图像信号电压数值，所述复位信号的电压数值减去所述图像信号电压数值，得到有效的输出图像信号值；可选的，所述采样保持单元包括复位信号采样存储单元和图像信号采样存储单元，以及读取控制晶体管；所述图像信号采样存储单元和所述读取控制晶体管串行连接，与所述复位信号采样存储单元构成并行连接在所述第一输出单元和所述第二输出单元之间；所述复位信号采样存储单元包括复位信号存储控制晶体管和复位信号存储电容，所述复位信号存储控制晶体管连接在所述第一输出单元的第一源极跟随晶体管的源极输出端和所述第二输出单元的第二源极跟随晶体管的栅极之间，所述复位信号存储电容一端连接到所述复位信号存储控制晶体管的输出端，另一端接地；所述图像信号采样存储单元包括图像信号存储控制晶体管和图像信号存储电容；所述图像信号存储控制晶体管连接在所述第一输出单元的第一源极跟随晶体管的源极输出端和所述读取控制晶体管之间，所述图像信号存储电容一端连接到所述图像信号存储控制晶体管和所述读取控制晶体管的连接点，另一端接地；所述读取控制晶体管另一端连接至所述第二输出单元的第二源极跟随晶体管的栅极；复位信号经所述复位信号存储控制晶体管控制存储到所述复位信号存储电容；图像信号经所述图像信号存储控制晶体管控制存储到所述图像信号存储电容；读取所述复位信号存储电容的复位信号电压，所述全局曝光图像传感器的读出电路对所述复位信号电压进行量化处理，得到所述复位信号电压数值；通过控制所述读取控制晶体管，将存储在所述复位信号存储电容的复位信号电压和存储在所述图像信号存储电容的图像信号电压求平均，经所述全局曝光图像传感器的读出电路进行量化处理，得到平均信号电压数值；将所述复位信号电压数值减去所述平均信号电压数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全局曝光图像传感器，其特征在于，所述全局曝光图像传感器像素阵列中的像素单元包括：/n第一输出单元，输出复位信号电压及图像信号电压；/n第二输出单元，包括第二源极跟随晶体管及行选择晶体管；/n采样保持单元，连接在所述第一输出单元和所述第二输出单元之间，所述采样保持单元包括并行连接的复位信号采样存储单元和图像信号采样存储单元；/n控制电路和读出电路，对所述像素阵列的输出进行读取控制和量化处理；/n所述第二输出单元分别输出存储的复位信号电压和图像信号电压；所述全局曝光图像传感器输出图像信号的有效值为分别量化处理后的所述复位信号电压和所述图像信号电压的差值。/n

【技术特征摘要】
1.一种全局曝光图像传感器，其特征在于，所述全局曝光图像传感器像素阵列中的像素单元包括：
第一输出单元，输出复位信号电压及图像信号电压；
第二输出单元，包括第二源极跟随晶体管及行选择晶体管；
采样保持单元，连接在所述第一输出单元和所述第二输出单元之间，所述采样保持单元包括并行连接的复位信号采样存储单元和图像信号采样存储单元；
控制电路和读出电路，对所述像素阵列的输出进行读取控制和量化处理；
所述第二输出单元分别输出存储的复位信号电压和图像信号电压；所述全局曝光图像传感器输出图像信号的有效值为分别量化处理后的所述复位信号电压和所述图像信号电压的差值。


2.根据权利要求1所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述复位信号采样存储单元包括复位信号存储控制晶体管，复位信号存储电容，以及复位信号读取控制晶体管；所述复位信号存储控制晶体管连接至所述第一输出单元的输出端；所述复位信号存储控制晶体管和所述复位信号读取控制晶体管串行连接；所述复位信号存储电容连接至所述复位信号存储控制晶体管和所述复位信号读取控制晶体管的连接点，另一端接地。


3.根据权利要求1所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述图像信号采样存储单元包括图像信号存储控制晶体管，图像信号存储电容，以及图像信号读取控制晶体管；所述图像信号存储控制晶体管连接至所述第一输出单元的输出端；所述图像信号存储控制晶体管和所述图像信号读取控制晶体管串行连接；所述图像信号存储电容连接至所述图像信号存储控制晶体管和所述图像信号读取控制晶体管的连接点，另一端接地。


4.根据权利要求1所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述第一输出单元包括第一源极跟随晶体管和偏置控制晶体管，所述偏置控制晶体管连接在所述第一源极跟随晶体管的源极和地线之间。


5.根据权利要求1所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述第一输出单元包括第一源极跟随晶体管，所述第一源极跟随晶体管的漏极连接可变电压源。


6.一种全局曝光图像传感器，其特征在于，所述全局曝光图像传感器的像素阵列中的像素单元包括：
第一输出单元，输出复位信号电压及图像信号电压；
第二输出单元，包括第二源极跟随晶体管及行选择晶体管；
采样保持单元，包括复位信号采样存储单元，图像信号采样存储单元，及
读取控制晶体管；所述图像信号采样存储单元串行连接所述读取控制晶体管，与所述复位信号采样存储单元并行连接在所述第一输出单元和所述第二输出单元之间；
控制电路和读出电路，对所述像素阵列的输出进行读取控制和量化处理；
所述第二输出单元分别输出存储的复位信号电压，以及复位信号电压和图像信号电压的平均值；所述全局曝光图像传感器输出图像信号的有效值为分别量化处理后的所述复位信号电压与所述复位信号电压和图像信号电压平均值的差值。


7.根据权利要求6所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述复位信号采样存储单元包括复位信号存储控制晶体管和复位信号存储电容，所述复位信号存储控制晶体管连接在所述第一输出单元和所述第二输出单元之间；所述复位信号存储电容一端连接至所述第二输出单元的输入端，另一端接地。


8.根据权利要求6所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述图像信号采样存储单元包括图像信号存储控制晶体管和图像信号存储电容，所述图像信号存储控制晶体管一端连接至所述第一输出单元，另一端连接至所述读取控制晶体管，所述图像信号存储电容一端连接至所述图像信号存储控制晶体管和所述读取控制晶体管的连接点，另一端接地。


9.根据权利要求7或8所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述读取控制晶体管打开，所述复位信号采样存储单元存储的复位信号电压和所述图像信号采样存储单元存储图像信号电压平均后，所述读取控制晶体管关闭或保持打开。


10.根据权利要求6所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述第一输出单元包括第一源极跟随晶体管和偏置控制晶体管，所述偏置控制晶体管连接在所述第一源极跟随晶体管的源极和地线之间。


11.根据权利要求6所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述第一输出单元包括第一源极跟随晶体管，所述第一源极跟随晶体管的漏极连接可变电压源。


12.一种全局曝光图像传感器，其特征在于，所述全局曝光图像传感器的像素阵列中的像素单元包括：
第一输出单元，输出复位信号电压及图像信号电压；
第二输出单元，包括第二源极跟随晶体管及行选择晶体管；
采样保持单元，包括复位信号采样存储单元，图像信号采样存储单元，及
读取控制晶体管；所述复位信号采样存储单元串行连接所述读取控制晶体管，与所述图像信号采样存储单元并行连接在所述第一输出单元和所述第二输出单元之间；
控制电路和读出电路，对所述像素阵列的输出进行读取控制和量化处理；
所述第二输出单元分别输出存储的图像信号电压，以及复位信号电压和图像信号电压的平均值；所述全局曝光图像传感器输出图像信号的有效值为分别量化处理后的所述复位信号电压和图像信号电压平均值与所述图像信号电压的差值。


13.根据权利要求12所述的全局曝光图像传感器，其特征在于，所述复位信号采样存储单元包括复位信号存储控制晶体管和复位信号存储电容，所述复位信号存储控制晶体管一端连接至所述第一输出单元，另一端连接至所述读取控制晶体管，所述复位信号存储电容一端连接至所述复位信号存储控制晶体管和所述读取控制晶体管的连接点，另一端接地。

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【专利技术属性】
技术研发人员：任冠京，徐辰，莫要武，侯金剑，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31