图像传感器像素结构制造技术

一种图像传感器像素结构，适于在同一次曝光过程中，获得同一场景的N帧图像，以将所获得的N帧图像融合为一帧图像，N为正整数且N≥3；包括：光电转换电路、传输电路、第一电荷存储电路、至少一个第二电荷存储电路及复位电路；其中：所述至少一个第二电荷存储电路，依次串联连接；首个所述第二电荷存储电路，与所述第一电荷存储电路耦接；所述至少一个第二电荷存储电路，适于在曝光过程中，分别存储第三帧至第N帧图像对应的电荷。应用上述方案，可以提高图像传感器的动态范围，并可以使得融合后的图像暗处信噪比更高，图像质量更好。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器像素结构
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器像素结构。
技术介绍
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为互补金属氧化物(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)图像传感器。其中CMOS图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。然而，现有CMOS图像传感器的性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：如何提高CMOS图像传感器的性能。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种图像传感器的像素结构，适于在同一次曝光过程中，获得同一场景的N帧图像，以将所获得的N帧图像融合为一帧图像，N为正整数且N≥3；包括：光电转换电路、传输电路、第一电荷存储电路、至少一个第二电荷存储电路及复位电路；其中：所述光电转换电路，适于将光信号转换为曝光信号；所述传输电路，与所述光电转换电路耦接，适于将所述曝光信号传输至浮动扩散节点；所述浮动扩散节点适于在曝光过程中，存储第一帧图像对应的电荷；所述第一电荷存储电路，与所述浮动扩散节点耦接，适于在曝光过程中，存储第二帧图像对应的电荷；所述至少一个第二电荷存储电路，依次串联连接；首个所述第二电荷存储电路，与所述第一电荷存储电路耦接；所述至少一个第二电荷存储电路，适于在曝光过程中，分别存储第三帧至第N帧图像对应的电荷；所述复位电路，与所述第一电荷存储电路、第二电荷存储电路、浮动扩散节点及光电转换电路耦接，适于对所述第一电荷存储电路、第二电荷存储电路、浮动扩散节点及光电转换电路进行复位。可选地，所述第一电荷存储电路，包括：第一开关子电路及第一电容；其中：所述第一开关子电路，与所述浮动扩散节点耦接，适于控制所述第一电容与所述浮动扩散节点之间的通断；所述第一电容，适于存储所述浮动扩散节点溢出的电荷，以形成所述第二帧图像。可选地，所述第一开关子电路，包括：第一晶体管；所述第一晶体管的栅极适于接入第一开关控制信号，所述第一晶体管的第一端与所述浮动扩散节点连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电容连接。可选地，所述第二电荷存储电路，包括：第二开关子电路及第二电容；其中：所述第二开关子电路，适于控制所述第二电容与所述第一电容之间的通断；所述第二电容，适于存储所述第一电容溢出的电荷，以形成所述第三帧图像。可选地，所述第二开关子电路，包括：第二晶体管；所述第二晶体管的栅极适于接入第二开关控制信号，所述第二晶体管的第一端与所述第一电容连接，所述第二晶体管的第二端与所述第二电容连接。可选地，所述至少一个第二电荷存储电路，均耦接于所述复位电路及所述第一电荷存储电路之间。可选地，所述复位电路，包括：第三晶体管，所述第三晶体管的源极与所述第二晶体管耦接，漏极与电源电压输出端连接，栅极适于接入复位控制信号。可选地，所述第二电容的电容值大于所述第一电容的电容值。可选地，所述第一电容的电容值大于所述浮动扩散节点的电容值。可选地，曝光期间，所述第二晶体管处于弱开启状态。可选地，所述传输电路包括：第四晶体管，所述第四晶体管的源极与所述光电转换电路连接，漏极与所述浮动扩散节点连接，栅极适于接入传输控制信号。可选地，所述像素结构还包括：源跟随电路，与所述浮动扩散节点耦接，适于对所述浮动扩散节点的电压进行跟随；行选择电路，耦接于所述源跟随电路及位线之间，适于在行选择信号的控制下，将所述像素结构所在行的信号输出至所述位线上。可选地，N＝3。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：采用上述方案，本专利技术中实施例的像素结构，除具备浮动扩散节点及第一电荷存储电路外，还具备至少一个第二电荷存储电路，所述第二电荷存储电路可以在曝光过程中，分别存储第三帧至第N帧图像对应的电荷，由此可以在同一次曝光过程中，获得同一场景的N帧图像，进而可以通过将N帧图像融合的方式，得到最终的一帧图像，相对于在同一曝光过程中仅获得两帧图像并进行融合的方式，可以明显提高图像传感器的动态范围。另外，相对于采用多次曝光来分别获得同一场景的N帧图像，本专利技术的像素结构，曝光次数少，在帧率一定的情况下，长帧曝光时间也就更长，图像暗处的细节可以获取更多，长短帧融合交界处的噪比也就更高，图像质量更好。进一步，通过设置第二电容的电容值大于第一电容的电容值，可以使得第二电容能够存储更多第三帧图像对应的电荷，故第三帧图像可以获得更多亮出细节，由此可以提高图像传感器的动态范围。附图说明图1是一种现有像素结构的电路图；图2是图1中像素结构的工作时序示意图；图3是一种电荷从光电二极管溢出的示意图；图4是本专利技术实施例中一种像素结构的电路图；图5是本专利技术实施例中另一种像素结构的电路图；图6是本专利技术实施例中又一种像素结构的电路图；图7是图6中像素结构的工作时序示意图。具体实施方式动态范围是图像传感器一项很重要的指标参数。动态范围表示图像传感器在同一幅图像中同时能探测到的最大光强和最小光强的范围，一般用dB来表示。具体公式如下：其中，Pmax表示可探测的最大光强，Pmax表示可探测的最小光强。一般图像传感器的动态范围在60-70dB之间，人眼的动态范围在100-120dB之间。高动态范围图像传感器对于兼顾暗处细节和亮出细节非常重要。图像传感器的满阱容量是指：像素结构所能收集并容纳的最大的电子的数量。大的满阱容量可以有效提高图像传感器的动态范围。对于一般线性响应图像传感器来讲，可探测的最大饱和光强对应满阱容量，最小饱和光强对应图像噪声电子数，所以动态范围也可用满阱容量/底噪噪声电子数来表示。图1为现有的一种CMOS图像传感器的像素结构10。参照图1，所述像素结构可以包括：光电二极管11，传输晶体管12，开关晶体管13，复位晶体管14，电容C1，源跟随晶体管15及行选择晶体管16。其中，所述传输晶体管12，栅极施加传输控制信号TX，源极与光电二极管11的阴极连接，漏极连接至浮动扩散节点FD。所述开关晶体管13的栅极施加开关控制信号SS1，所述开关晶体管13的漏极与复位晶体管14的源极连接，所述开关晶体管13的源极连接至浮动扩散节点FD。所述复位晶体管14的栅极施加复位控制信号RST，漏极与电源电压VDD连接。所述电容C1的一端与复位晶体管14的源极连接，另一端接地。所述源跟随晶体管15的栅极连接至浮动扩散节点FD并施加跟随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器像素结构，适于在同一次曝光过程中，获得同一场景的N帧图像，以将所获得的N帧图像融合为一帧图像，N为正整数且N≥3；其特征在于，包括：光电转换电路、传输电路、第一电荷存储电路、至少一个第二电荷存储电路及复位电路；其中：/n所述光电转换电路，适于将光信号转换为曝光信号；/n所述传输电路，与所述光电转换电路耦接，适于将所述曝光信号传输至浮动扩散节点；所述浮动扩散节点适于在曝光过程中，存储第一帧图像对应的电荷；/n所述第一电荷存储电路，与所述浮动扩散节点耦接，适于在曝光过程中，存储第二帧图像对应的电荷；/n所述至少一个第二电荷存储电路，依次串联连接；首个所述第二电荷存储电路，与所述第一电荷存储电路耦接；所述至少一个第二电荷存储电路，适于在曝光过程中，分别存储第三帧至第N帧图像对应的电荷；/n所述复位电路，与所述第一电荷存储电路、第二电荷存储电路、浮动扩散节点及光电转换电路耦接，适于对所述第一电荷存储电路、第二电荷存储电路、浮动扩散节点及光电转换电路进行复位。/n

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器像素结构，适于在同一次曝光过程中，获得同一场景的N帧图像，以将所获得的N帧图像融合为一帧图像，N为正整数且N≥3；其特征在于，包括：光电转换电路、传输电路、第一电荷存储电路、至少一个第二电荷存储电路及复位电路；其中：
所述光电转换电路，适于将光信号转换为曝光信号；
所述传输电路，与所述光电转换电路耦接，适于将所述曝光信号传输至浮动扩散节点；所述浮动扩散节点适于在曝光过程中，存储第一帧图像对应的电荷；
所述第一电荷存储电路，与所述浮动扩散节点耦接，适于在曝光过程中，存储第二帧图像对应的电荷；
所述至少一个第二电荷存储电路，依次串联连接；首个所述第二电荷存储电路，与所述第一电荷存储电路耦接；所述至少一个第二电荷存储电路，适于在曝光过程中，分别存储第三帧至第N帧图像对应的电荷；
所述复位电路，与所述第一电荷存储电路、第二电荷存储电路、浮动扩散节点及光电转换电路耦接，适于对所述第一电荷存储电路、第二电荷存储电路、浮动扩散节点及光电转换电路进行复位。


2.如权利要求1所述的图像传感器像素结构，其特征在于，所述第一电荷存储电路，包括：第一开关子电路及第一电容；其中：
所述第一开关子电路，与所述浮动扩散节点耦接，适于控制所述第一电容与所述浮动扩散节点之间的通断；
所述第一电容，适于存储所述浮动扩散节点溢出的电荷，以形成所述第二帧图像。


3.如权利要求2所述的图像传感器像素结构，其特征在于，所述第一开关子电路，包括：
第一晶体管；
所述第一晶体管的栅极适于接入第一开关控制信号，所述第一晶体管的第一端与所述浮动扩散节点连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电容连接。


4.如权利要求3所述的图像传感器像素结构，其特征在于，所述第二电荷存储电路，包括：第二开关子电路及第二电容；其中：
所述第二开关子电路，适于控制所述第二电容与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金德，王林，胡万景，
申请(专利权)人：锐芯微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32