高动态图像传感器的驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种高动态图像传感器的驱动方法。图像传感器的每个像素单元包括光电感应区、转移栅极以及浮动扩散区，其中转移栅极用于控制电荷由光电感应区转移到浮动扩散区，该驱动方法包括下述步骤：a.感应外部光线，以在光电感应区中累积电荷；b.在转移栅极上加载撇取电压，以使得转移栅极相对于光电感应区的势垒高度降低；c.继续感应外部光线，以在光电感应区中继续累积电荷；d.在转移栅极上加载与撇取电压相同的读取电压，以生成中间读出信号；e.在转移栅极加载开启电压以使得光电感应区中的电荷全部转移至浮动扩散区，并生成完全读出信号；f.基于中间读出信号与完全读出信号确定像素单元的输出信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，更具体地，本专利技术涉及一种。
技术介绍
在图像传感器成像时，由于图像传感器中不同像素单元感应的光线强度不同，其所生成的图像具有亮区域与暗区域。范围从亮区域到暗区域的图像可被表现的亮度等级通 常被称为图像的动态范围。图像传感器的动态范围越高，其所成像的图像能够表现的亮度等级就越闻。现有的图像传感器采用了许多方法来实现高动态范围。一种方法是采用具有电荷撇取操作的曝光时间控制方法来延伸动态范围其在读取光电感应区中的感应电荷之前，会在图像传感器的转移晶体管或水平溢出晶体管上加载撇取电压，以将光电感应区中的一部分感应电荷转移出去，从而减少光电感应区中暂存的感应电荷量。这相当于增加了光电感应区存储电荷的能力。然而，在采用这些方法的图像传感器中，由于制作工艺误差，每个像素单元中转移晶体管或水平溢出晶体管的特性可能具有差异。这导致不同像素单元所撇取的感应电荷量可能存在差异。这种差异会引入图像噪声，从而降低图像质量。
技术实现思路
因此，需要提供一种能够减少图像噪声的。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种。该图像传感器的每个像素单元包括光电感应区、转移栅极以及浮动扩散区，其中所述转移栅极用于控制电荷由所述光电感应区转移到所述浮动扩散区，所述驱动方法包括下述步骤a.感应外部光线，以在所述光电感应区中累积电荷；b.在所述转移栅极上加载撇取电压，以使得所述转移栅极相对于所述光电感应区的势垒高度降低；c.继续感应外部光线，以在所述光电感应区中继续累积电荷；d.在所述转移栅极上加载与所述撇取电压相同的读取电压，以生成中间读出信号；e.在所述转移栅极加载开启电压以使得所述光电感应区中的电荷全部转移至所述浮动扩散区，并生成完全读出信号；f.基于所述中间读出信号与所述完全读出信号确定所述像素单元的输出信号。对于上述方面的驱动方法，步骤b的撇取操作以及步骤d的读取操作会引入对应于像素单元转移特性的误差，并且由于步骤d中的读取电压与撇取电压相同，其所引入的误差可与步骤b中引入的误差相抵消，从而避免了由于不同像素单元转移特性差异所带来的图像噪声。在一个实施例中，重复执行所述步骤b与C，以在所述转移栅极上依次加载多个使得所述势垒高度递增的撇取电压；以及所述步骤d进一步包括在所述转移栅极上依次加载多个与所述多个撇取电压分别相等的读取电压，所述多个读取电压使得所述势垒的高度递减，并生成对应的多个中间读出信号。多次撇取操作可以进一步增强图像传感器光电感应区感应电荷的能力。在一个实施例中，对应于所述步骤b中势垒高度递增的撇取电压，所述步骤c中累积电荷的时间递减。步骤c中累积电荷的时间越短，光电感应区所能够感应的光线强度越闻，从而提闻了图像传感器的动态范围。在一个实施例中，所述步骤f包括确定所述中间读出信号与所述全部读出信号的累积速率；比较所述中间读出信号与所述全部读出信号的累积速率；以所述中间读出信号与所述全部读出信号的累积速率的最大值确定所述像素单元的输出信号。通过比较中间读出信号与全部读出信号的累积速率，可以使得图像传感器能够响应不同强度的外部光线所生成的感应电荷而相应动作。 在一个实施例中，所述步骤d还包括在加载所述读取电压之前，复位所述浮动扩散区；所述步骤e还包括在加载所述开启电压之前，复位所述浮动扩散区。 在一个实施例中，在所述步骤d之前，复位所述浮动扩散区。本专利技术的以上特性及其他特性将在下文中的实施例部分进行明确地阐述。附图说明通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，能够更容易地理解本专利技术的特征、目的和优点。其中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的装置。图Ia与图Ib示出了一种图像传感器的像素单元结构；图2示出了根据本专利技术一个实施例的100的流程；图3示出了一种用于实现图2中驱动方法100的图像传感器驱动信号的时序图；图4a至图4c示出了应用图3中驱动信号的像素单元中电荷转移情况；图5示出了另一种用于实现图2中驱动方法100的图像传感器驱动信号的时序图；图6示出了根据本专利技术另一实施例的200的流程；图7不出了一种用于实现图6中驱动方法200的图像传感器驱动信号的时序图；图8a至图8b示出了应用图7中驱动信号的像素单元中电荷转移情况。具体实施例方式下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本专利技术的特定方式，而非限制本专利技术的范围。图Ia与图Ib示出了一种图像传感器的像素单元结构，其中图Ia是该像素单元的电路示意图；图Ib是该像素单元的结构示意图。如图Ia所示，该像素单元包括光电二极管11、转移晶体管12、复位晶体管13、源跟随晶体管14以及行选择晶体管15。其中，光电二极管11稱接于第一参考电位VSS(例如公共电压端或负向电源端)与转移晶体管12的源极之间，用于感应光强变化而在其中累积感应电荷。转移晶体管12的漏极与复位晶体管13的源极以及源跟随晶体管104的栅极相连，该转移晶体管12的栅极用于接收转移控制信号TX，在转移控制信号TX的控制下，转移晶体管12相应导通或关断，从而使得光电二极管11中感应电荷被读出到浮动扩散区。复位晶体管13的漏极连接到第二参考电位VDD (例如正向电源端)，其栅极用于接收复位控制信号RST，在该复位控制信号RST的控制下，复位晶体管13相应导通或关断，从而选择向源跟随晶体管14的栅极提供复位电压。在图Ia中，由于复位晶体管13的漏极耦接到第二参考电位VDD，则该复位电压即等于第二参考电位VDD。源跟随晶体管14的漏极连接到第二参考电位VDD，其源极连接到行选择晶体管15的漏极，用于将转移晶体管12获得的电荷信号转换为电压信号。行选择晶体管15的源极与位线BL相连，其栅极用于接收列选择信号RS，在该行选择信号RS的控制下，行选择晶体管15相应打开或闭合，从而使得源跟随晶体管14的漏极被选择地耦接到位线BL，进而将源跟随晶体管14转换的信号由位线BL输出。图Ib示出了该像素单元一部分的结构。如图Ib所示，该像素单元形成在衬底21中，该衬底21中具有相互分离的光电感应区22以及浮动扩散区23，其中光电感应区22与浮动扩散区23的导电类型相同，并且不同于衬底21的导电类型。衬底21与光电感应区22 共同构成了光电二极管。在光电感应区22与浮动扩散区23之间的衬底21上具有转移栅极24，其与光电感应区22、浮动扩散区23以及衬底21共同构成了转移晶体管。在图像传感器运行时，转移栅极24用于接收转移控制信号，并响应于该转移控制信号而在其下的衬底21表面形成导电沟道，从而控制电荷由光电感应区22转移到浮动扩散区23中。可以理解，转移控制信号的电压值不同，衬底21表面的导电沟道中载流子的浓度也不同，因而转移晶体管开启的幅度也不同。这样，可以通过改变转移控制信号的电压值来改变由光电感应区22转移到浮动扩散区23中的电荷的量。需要说明的是，在实际应用中，该图像传感器还耦接到信号处理电路，该信号处理电路通常采用开关电容结构来获取图像传感器像素单元输出的信号，并对所获取的信号进行处理。例如，该信号处理电路可以采用相关双采样(Correlated Double Sample)方式来采样像素单元的复位电压以及电荷读出信号(该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高动态图像传感器的驱动方法，所述图像传感器的每个像素单元包括光电感应区、转移栅极以及浮动扩散区，其中所述转移栅极用于控制电荷由所述光电感应区转移到所述浮动扩散区，其特征在于，所述驱动方法包括下述步骤：a.感应外部光线，以在所述光电感应区中累积电荷；b.在所述转移栅极上加载撇取电压，以使得所述转移栅极相对于所述光电感应区的势垒高度降低；c.继续感应外部光线，以在所述光电感应区中继续累积电荷；d.在所述转移栅极上加载与所述撇取电压相同的读取电压，以生成中间读出信号；e.在所述转移栅极加载开启电压以使得所述光电感应区中的电荷全部转移至所述浮动扩散区，并生成完全读出信号；f.基于所述中间读出信号与所述完全读出信号确定所述像素单元的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种高动态图像传感器的驱动方法，所述图像传感器的每个像素单元包括光电感应区、转移栅极以及浮动扩散区，其中所述转移栅极用于控制电荷由所述光电感应区转移到所述浮动扩散区，其特征在于，所述驱动方法包括下述步骤 a.感应外部光线，以在所述光电感应区中累积电荷； b.在所述转移栅极上加载撇取电压，以使得所述转移栅极相对于所述光电感应区的势垒高度降低； c.继续感应外部光线，以在所述光电感应区中继续累积电荷； d.在所述转移栅极上加载与所述撇取电压相同的读取电压，以生成中间读出信号； e.在所述转移栅极加载开启电压以使得所述光电感应区中的电荷全部转移至所述浮动扩散区，并生成完全读出信号； f.基于所述中间读出信号与所述完全读出信号确定所述像素单元的输出信号。2.根据权利要求I所述的驱动方法，其特征在于， 重复执行所述步骤b与C，以在所述转移栅极上依次加载多个使得所述势垒高度递增的撇取电压；以及 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立新，蒋珂玮，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：