本实用新型专利技术提供一种像素电路及CMOS图像传感器，所述像素电路包括：光电转换元件、传输晶体管、存储电容及曝光控制模块；其中，所述光电转换元件的输出端连接所述传输晶体管的第一连接端，所述光电转换元件的另一端接第一参考电位；所述传输晶体管的第二连接端连接所述存储电容的第一端，栅端接入曝光控制信号；所述存储电容的第二端接第二参考电位；所述曝光控制模块用于根据预测光照高低产生所述曝光控制信号，并通过控制所述传输晶体管的导通和关断，来控制所述光电转换元件的实际曝光时间。通过本实用新型专利技术提供的像素电路及CMOS图像传感器，解决了现有CMOS图像传感器动态范围低的问题。的问题。的问题。
【技术实现步骤摘要】
像素电路及CMOS图像传感器
[0001]本技术涉及CMOS图像传感器
，特别是涉及一种像素电路及CMOS图像传感器。
技术介绍
[0002]动态范围(DynamicRange)是CMOS图像传感器最重要的参数之一，它决定了CMOS图像传感器能接受的最暗的阴影部分到最亮的高光部分的光亮强度分布范围，也就是决定了所拍摄出来的图像的细节、层次、特征。
[0003]CMOS图像传感器因受到满阱容量、曝光时间和噪声的限制，其动态范围通常在60dB
‑
70dB，但是人眼的动态范围在100dB以上，因此，CMOS图像传感器所拍摄的内容很难准确还原人眼所观察到的场景。
[0004]鉴于此，如何实现CMOS图像传感器的高动态范围是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种像素电路及CMOS图像传感器，用于解决现有CMOS图像传感器动态范围低的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种像素电路，所述像素电路包括：光电转换元件、传输晶体管、存储电容及曝光控制模块，其中，
[0007]所述光电转换元件的输出端连接所述传输晶体管的第一连接端，另一端接第一参考电位；所述传输晶体管的第二连接端连接所述存储电容的第一端，栅端接入曝光控制信号；所述存储电容的第二端接第二参考电位；
[0008]所述曝光控制模块用于根据预测光照高低产生所述曝光控制信号，并通过控制所述传输晶体管的导通和关断，来控制所述光电转换元件的实际曝光时间。
[0009]可选地，所述曝光控制模块包括：控制晶体管，所述控制晶体管的栅端接入栅控信号，第一连接端接入与预测光照高低相关的原始曝光信号，第二连接端产生所述曝光控制信号。
[0010]可选地，所述曝光控制模块还包括：选择晶体管及辅助控制晶体管，所述选择晶体管的栅端接入行选信号，第一连接端接入列选信号，第二连接端连接所述辅助控制晶体管的栅端；所述辅助控制晶体管的第一连接端接入辅助控制信号，第二连接端连接所述控制晶体管的栅端。
[0011]可选地，所述曝光控制模块还包括：第一辅助控制电容及第二辅助控制电容，所述第一辅助控制电容的第一端连接所述选择晶体管的第二连接端，第二端接第三参考电位；所述第二辅助控制电容的第一端连接所述辅助控制晶体管的第二连接端，第二端接第四参考电位。
[0012]可选地，所述曝光控制模块包括：第一控制晶体管及第二控制晶体管，
[0013]所述第一控制晶体管的栅端接入第一栅控信号，第一连接端接入与预测高光照相关的原始短曝光信号，第二连接端产生所述曝光控制信号；
[0014]所述第二控制晶体管的栅端接入第二栅控信号，第一连接端接入与预测低光照相关的原始长曝光信号，第二连接端产生所述曝光控制信号。
[0015]可选地，所述曝光控制模块还包括：第一选择晶体管及第二选择晶体管，
[0016]所述第一选择晶体管的栅端接入行选信号，第一连接端接入第一列选信号，第二连接端连接所述第一控制晶体管的栅端；
[0017]所述第二选择晶体管的栅端接入所述行选信号，第一连接端接入第二列选信号，第二连接端连接所述第二控制晶体管的栅端。
[0018]可选地，所述曝光控制模块还包括：第一储能电容及第二储能电容，
[0019]所述第一储能电容的第一端连接所述第一选择晶体管的第二连接端，第二端接第五参考电位；
[0020]所述第二储能电容的第一端连接所述第二选择晶体管的第二连接端，第二端接第六参考电位。
[0021]可选地，所述像素电路还包括：像素读出模块，连接所述存储电容的第一端，用于读出所述存储电容中存储的电荷并产生像素信号。
[0022]可选地，所述像素读出模块包括：复位晶体管、第一源跟随晶体管、第一存储晶体管、像素电容、第二存储晶体管、复位电容及第二源跟随晶体管，
[0023]所述复位晶体管的栅端接入复位控制信号，第一连接端接入第一工作电压，第二连接端连接所述存储电容的第一端；
[0024]所述第一源跟随晶体管的栅端连接所述存储电容的第一端，第一连接端接入可变电压，第二连接端连接所述第一存储晶体管的第一连接端；
[0025]所述第一存储晶体管的栅端接入第一存储控制信号，第二连接端连接所述第二存储晶体管的第一连接端，并通过所述像素电容接第七参考电位；
[0026]所述第二存储晶体管的栅端接入第二存储控制信号，第二连接端连接所述第二源跟随晶体管的栅端，并通过所述复位电容接第八参考电位；
[0027]所述第二源跟随晶体管的第一连接端接入第二工作电压，第二连接端连接行选择晶体管的第一连接端，且所述行选择晶体管的栅端接入行选控制信号，第二连接端产生所述像素信号；或者，所述第二源跟随晶体管的第二连接端产生所述像素信号。
[0028]本技术还提供了一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器包括：至少一个如上任一项所述的像素电路。
[0029]可选地，所述CMOS图像传感器包括叠置第一衬底及第二衬底，所述传输晶体管及所述曝光控制模块制备于同一衬底中。
[0030]可选地，所述光电转换元件制备于所述第一衬底中；所述传输晶体管、所述存储电容、所述曝光控制模块、所述读出电路及所述逻辑电路制备于所述第二衬底中；或者，所述光电转换元件、所述传输晶体管、所述存储电容、所述曝光控制模块、所述读出电路制备于所述第一衬底中，所述逻辑电路制备于所述第二衬底中；或者，所述光电转换元件制备于所述第一衬底中，所述传输晶体管、所述存储电容、所述曝光控制模块、所述读出电路制备于所述第二衬底中，所述CMOS图像传感器包括第三衬底，所述逻辑电路制备于所述第三衬底
中。
[0031]如上所述，本技术的一种像素电路及CMOS图像传感器，通过曝光控制模块的设计，使得CMOS图像传感器在高光照时进行短曝光，在低光照时进行长曝光，以此根据光照高低来调节光电转换元件的实际曝光时间，实现高动态范围。
附图说明
[0032]图1显示为本技术像素电路的一种电路实现方式。
[0033]图2显示为图1所示像素电路在短曝光时各相关信号的时序图。
[0034]图3显示为图1所示像素电路在长曝光时各相关信号的时序图。
[0035]图4显示为本技术像素电路的另一种电路实现方式。
[0036]图5显示为图4所示像素电路在短曝光时各相关信号的时序图。
[0037]图6显示为图4所示像素电路在长曝光时各相关信号的时序图。
[0038]元件标号说明
[0039]100
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传输晶体管
[0040]200
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曝光控制模块
[0041]201
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控制晶体管...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种像素电路，其特征在于，所述像素电路包括：光电转换元件、传输晶体管、存储电容及曝光控制模块，其中，所述光电转换元件的输出端连接所述传输晶体管的第一连接端，另一端接第一参考电位；所述传输晶体管的第二连接端连接所述存储电容的第一端，栅端接入曝光控制信号；所述存储电容的第二端接第二参考电位；所述曝光控制模块用于根据预测光照高低产生所述曝光控制信号，并通过控制所述传输晶体管的导通和关断，来控制所述光电转换元件的实际曝光时间。2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述曝光控制模块包括：控制晶体管，所述控制晶体管的栅端接入栅控信号，第一连接端接入与预测光照高低相关的原始曝光信号，第二连接端产生所述曝光控制信号。3.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于，所述曝光控制模块还包括：选择晶体管及辅助控制晶体管，所述选择晶体管的栅端接入行选信号，第一连接端接入列选信号，第二连接端连接所述辅助控制晶体管的栅端；所述辅助控制晶体管的第一连接端接入辅助控制信号，第二连接端连接所述控制晶体管的栅端。4.根据权利要求3所述的像素电路，其特征在于，所述曝光控制模块还包括：第一辅助控制电容及第二辅助控制电容，所述第一辅助控制电容的第一端连接所述选择晶体管的第二连接端，第二端接第三参考电位；所述第二辅助控制电容的第一端连接所述辅助控制晶体管的第二连接端，第二端接第四参考电位。5.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述曝光控制模块包括：第一控制晶体管及第二控制晶体管，所述第一控制晶体管的栅端接入第一栅控信号，第一连接端接入与预测高光照相关的原始短曝光信号，第二连接端产生所述曝光控制信号；所述第二控制晶体管的栅端接入第二栅控信号，第一连接端接入与预测低光照相关的原始长曝光信号，第二连接端产生所述曝光控制信号。6.根据权利要求5所述的像素电路，其特征在于，所述曝光控制模块还包括：第一选择晶体管及第二选择晶体管，所述第一选择晶体管的栅端接入行选信号，第一连接端接入第一列选信号，第二连接端连接所述第一控制晶体管的栅端；所述第二选择晶体管的栅端接入所述行选信号，第一连接端接入第二列选信号，第二连接端连接所述第二控制晶体管的栅端。7.根据权利要求6所述的像素电路，其特征在于，所述曝光控制模块还包括：第一储能电容及第二储能电容，所述第一储能电容的第一端连接所述第一选择晶体管的第...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂瑞，侯金剑，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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