高动态范围图像传感器像素电路制造技术

一种高动态范围图像传感器像素电路，属于传感器领域，光电转换元件在曝光周期内接收光信号以产生电荷；电荷存储转移电路根据电荷调制信号对电荷进行存储以生成积分电荷信号，并根据控制选择信号将积分电荷信号输出；电荷调制信号与曝光时间之间成基数大于1的对数关系；释放电路至少在生成积分电荷信号的过程中根据弱关闭信号释放光电转换元件产生的部分电荷；电信号读出电路根据像素选择控制信号将积分电荷信号转换为电信号，以得到图像信号；故增加了高动态范围图像传感器像素电路感光动态范围，增加了高动态范围图像传感器像素电路感光动态范围调节的灵活性。路感光动态范围调节的灵活性。路感光动态范围调节的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
高动态范围图像传感器像素电路


[0001]本申请属于传感器领域，尤其涉及一种高动态范围图像传感器像素电路。

技术介绍

[0002]图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造互补型金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。
[0003]图像传感器像素电路工作原理通常为采用光电二极管将接收到的光信号转换为光电电荷信号，光电二极管在曝光过程中所能收集到最多光电电荷量称为电荷饱和容量，电荷饱和容量越高，像素采集到物体信息的动态范围就会越高。相关技术的图像传感器像素电路中，光电二极管的光电响应通常是线性关系，称为线性图像传感器；光电二极管随着曝光量的增加，很快达到饱和状态，很难收集到强光环境的图像信息，采集到的图像信息动态范围一般低于80dB。在自然界中，人的眼睛对弱光敏感，即感知弱光时灵敏度高；而对强光不敏感，即感知强光时灵敏度低。人眼睛对光线的感知特征为对数曲线关系，这种关系有效提高了眼睛感知光线的能力，其动态范围可达100dB以上。由此可见，与人眼睛相比，上述线性图像传感器采集图像的能力显然欠佳。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种高动态范围图像传感器像素电路，旨在解决传统的高动态范围图像传感器像素电路存在的感光动态范围较低的缺陷。
[0005]本申请实施例提供了一种高动态范围图像传感器像素电路，包括：
[0006]光电转换元件，配置为在曝光周期内接收光信号以产生电荷；
[0007]电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为对所述电荷进行存储以生成积分电荷信号，并根据控制选择信号将所述积分电荷信号输出；
[0008]其中，所述电荷存储转移电路根据电荷调制信号对所述电荷进行存储以生成所述积分电荷信号，所述电荷调制信号与曝光时间之间成基数大于1的对数关系；
[0009]释放电路，与所述光电转换元件以及所述电荷存储转移电路的输入端连接，配置为至少在生成所述积分电荷信号的过程中根据弱关闭信号释放所述光电转换元件产生的部分电荷；
[0010]电信号读出电路，与所述电荷存储转移电路的输出端相连接，配置为根据控制选择信号将所述积分电荷信号转换为电信号，以得到图像信号。
[0011]本申请实施例还提供了一种上述高动态范围图像传感器像素电路的操作方法，包括：
[0012]在曝光过程中输入所述电荷调制信号，电荷存储转换电路根据所述电荷调制信号对电荷进行存储以生成积分电荷信号；所述电荷调制信号与所述曝光时间之间成基数大于
1的对数关系；
[0013]在输入所述电荷调制信号的过程中，输入所述弱关闭信号，以使释放电路至少在生成所述积分电荷信号的过程中根据所述弱关闭信号释放所述光电转换元件产生的部分电荷；
[0014]输入控制选择信号，以使电荷存储转移电路根据所述控制选择信号将所述积分电荷信号输出，以得到图像信号。
[0015]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于释放电路至少在生成积分电荷信号的过程中根据弱关闭信号释放光电转换元件产生的部分电荷；将强光照射的光电转换元件中的电荷，通过释放电路释放一部分电荷，且电荷调制信号与曝光时间之间成基数大于1的对数关系，强光照射的像素感光能力受到压制，感光灵敏度降低，而弱光照射的像素感光能力和灵敏度保持不变，故增加了高动态范围图像传感器像素电路感光动态范围，增加了高动态范围图像传感器像素电路感光动态范围调节的灵活性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术专利技术，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本申请一实施例提供的高动态范围图像传感器像素电路的一种结构示意图；
[0018]图2为本申请一实施例提供的高动态范围图像传感器像素电路的一种示例电路原理图；
[0019]图3为对应图2的高动态范围图像传感器像素电路的部分版图；
[0020]图4为本申请一实施例提供的高动态范围图像传感器像素电路的在曝光周期内晶体管栅极电压配置示意图；
[0021]图5为本申请一实施例提供的高动态范围图像传感器像素电路工作在强光照射时的势阱示意图；
[0022]图6为本申请一实施例提供的高动态范围图像传感器像素电路中光电二极管在曝光周期内的电荷和电势示意图。
具体实施方式
[0023]为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0024]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0025]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0026]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0027]一种相关技术的图像传感器像素电路中，为了提高采集图像信息的动态范围，通常在光电二极管中采用杂质离子高剂量注入的方法，进而增加光电二极管的电荷饱和容量，但其缺点是光电二极管完全耗尽电势升高，容易产生图像拖影，并且暗电流也会增加。提升采集图像信息动态范围的另一相关技术为在像素中设置高转换增益和低转换增益两种模式技术，分别来应对弱光和强光环境的图像采集，虽然这两种模式可以根据光照环境来回切换，但像素工作过程中同一时间只能使用两种模式中的其中一种，因此弱光和强光光照图像细节信息不能够同时兼得。
[0028]图1示出了本申请较佳实施例提供的高动态范围图像传感器像素电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
[0029]上述高动态范围图像传感器像素电路包括光电转换元件11、电荷存储转移电路12、释放电路13以及电信号读出电路14。
[0030]光电转换元件11，配置为在曝光周期内接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高动态范围图像传感器像素电路，其特征在于，包括：光电转换元件，配置为在曝光周期内接收光信号以产生电荷；电荷存储转移电路，与所述光电转换元件连接，配置为对所述电荷进行存储以生成积分电荷信号，并根据控制选择信号将所述积分电荷信号输出；其中，所述电荷存储转移电路根据电荷调制信号对所述电荷进行存储以生成所述积分电荷信号，所述电荷调制信号与曝光时间之间成基数大于1的对数关系；释放电路，与所述光电转换元件以及所述电荷存储转移电路的输入端连接，配置为至少在生成所述积分电荷信号的过程中根据弱关闭信号释放所述光电转换元件产生的部分电荷；电信号读出电路，与所述电荷存储转移电路的输出端相连接，配置为根据像素选择控制信号将所述积分电荷信号转换为电信号，以得到图像信号。2.如权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素电路，其特征在于，所述电信号读出电路还配置为根据清除信号至少清除所述光电转换元件中的电荷。3.如权利要求2所述的高动态范围图像传感器像素电路，其特征在于，当所述电信号读出电路至少清除所述光电转换元件中的电荷时，所述释放电路还配置为根据抗电荷串扰控制信号转移所述光电转换元件中的电荷；其中，所述抗电荷串扰控制信号对应的控制电压等于根据所述弱关闭信号释放所述光电转换元件产生的部分电荷时对应的控制电压。4.如权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素电路，其特征在于，所述电信号读出电路包括复位晶体管、源跟随晶体管以及像素选择晶体管；所述复位晶体管的源极以及所述源跟随晶体管的栅极共同连接至所述电信号读出电路输入端，所述电信号读出电路输入端作为所述积分电荷信号输入端；所述复位晶体管的栅极连接至复位信号控制线，以作为所述电信号读出电路的复位控制信号的输入端；所述复位晶体管的漏极连接至第一电源，所述源跟随晶体管的漏极连接至第二电源，所述第一电源及所述第二电源为相同或不同的电源；所述源跟随晶体管的源极与所述像素选择晶体管的漏极连接，所述像素选择晶体管的源极连接至所述电信号读出电路输出端，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，
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：