高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法与流程

文档序号:15466268发布日期:2018-09-18 19:23阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于该方法如下:

开始曝光前闭合各像素复位晶体管(M3)使浮置扩散区接电源电压(VD1),然后控制图像传感器全局栅晶体管(M6)闭合再断开使所有像素的光电二极管(PD)同时复位并开始曝光;经过一段曝光时间后,闭合第一行行选晶体管(M5),断开复位晶体管(M3),读取该行低增益复位电压,再断开行选晶体管(M5),以此类推,逐行读取各行的低增益复位电压,直至读出整帧低增益复位电压;然后闭合第一行行选晶体管(M5),将横向溢出栅开关结构的导通电压降低到设定值,读取该行高增益复位电压,再断开行选晶体管(M5);以此类推,逐行读取各行的高增益复位电压,直至读出整帧高增益复位电压;控制图像传感器各像素的电荷转移控制晶体管(M1)闭合再断开结束曝光,使得当曝光量较小时,光电二极管(PD)中全部电荷一次性转移并存储至浮置扩散区(FD),当曝光量较大时,光电二极管(PD)中全部电荷一次性分别转移并存储至浮置扩散区(FD)和电荷存储区中;电荷转移完成后,闭合第一行行选晶体管(M5),读取该行高增益信号电压,闭合第一行像素横向溢出栅开关结构使全部电荷在浮置扩散区(FD)和电荷存储区进行重新分配,断开行选晶体管(M5),以此类推,逐行读取各行的高增益信号电压,直至读出整帧高增益信号电压;闭合行选晶体管(M5),读取该行低增益信号电压,闭合该行复位晶体管(M3),断开行选晶体管(M5),以此类推,逐行读取各行的低增益信号电压,直至读出整帧低增益信号电压;

所述高动态范围图像传感器像素包括全局栅晶体管(M6)、光电二极管(PD)、电荷转移控制晶体管(M1)、复位晶体管(M3)、横向溢出栅开关结构、缓冲放大器(M4)和行选晶体管(M5);光电二极管(PD)负极通过图像传感器的全局栅晶体管(M6)与复位电压(VD3)相连,并通过电荷转移控制晶体管(M1)与浮置扩散区(FD)连接;浮置扩散区(FD)通过横向溢出栅开关结构与电荷存储区连接,并通过缓冲放大器(M4)与行选晶体管(M5)连接。

2.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构由一个开关晶体管(M2)构成,该开关晶体管(M2)的源极连接浮置扩散区(FD),漏极连接复位晶体管(M3)的源极,复位晶体管(M3)的漏极接电源电压(VD1),且开关晶体管(M2)漏极通过一个存储电容(C1)连接电源地或者任一稳定电源电位,存储电容(C1)作为电荷存储区。

3.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构由一个开关晶体管(M2)构成,该开关晶体管(M2)的源极连接浮置扩散区(FD),漏极通过存储电容(C1)连接电源地或者任一稳定电源电位;存储电容(C1)作为电荷存储区;复位晶体管(M3)的漏极接电源电压(VD1),源极接浮置扩散区(FD)。

4.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构由N级开关晶体管构成,N≥2;各级开关晶体管串接于浮置扩散区(FD)与复位晶体管(M3)之间;第一级开关晶体管的源极连接浮置扩散区(FD),第N级开关晶体管的漏极连接复位晶体管的源极(M3),复位晶体管(M3)的漏极接电源电压(VD1),各级开关晶体管漏极通过对应的存储电容与电源地或者任一稳定电源电位连接;第一、第二、……第N级开关晶体管对应的存储电容分别作为第一、第二、……第N电荷存储区。

5.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构由N级开关晶体管串接构成,N≥2;第一级开关晶体管的源极连接浮置扩散区(FD),且各级开关晶体管漏极通过对应的存储电容与电源地连接;第一、第二、……第N级开关晶体管对应的存储电容分别作为第一、第二、……第N电荷存储区。

6.根据权利要求5所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于该方法如下:经过一段曝光时间后,首先控制第一行行选晶体管(M5)闭合再断开,并在行选晶体管(M5)闭合时间内,断开复位晶体管(M3),读取低增益复位电压值,以此类推,逐行读取各行的低增益复位电压值,直至读出整帧低增益复位电压值;然后控制第一行行选晶体管(M5)闭合再断开,并在行选晶体管(M5)闭合时间内,将第N级开关晶体管导通电压降低到设定值,读取次低增益复位电压值,以此类推,逐行读取各行的次低增益复位电压值,直至读出整帧次低增益复位电压值;以此类推,最后控制第一行行选晶体管(M5)闭合再断开,并在行选晶体管(M5)闭合时间内,将第一级开关晶体管导通电压降低到设定值,读取高增益复位电压值,以此类推,逐行读取各行的高增益复位电压值,直至读出整帧高增益复位电压值;这样得到多个增益的整帧复位电压值;控制图像传感器各像素的电荷转移控制晶体管(M1)闭合再断开结束曝光;曝光结束后,首先控制第一行行选晶体管(M5)闭合再断开,并在行选晶体管(M5)闭合时间内,首先读取高增益信号电压值,然后闭合第一级开关晶体管,以此类推,逐行读取各行的高增益信号电压值,直至读出整帧高增益信号电压值;然后控制第一行行选晶体管(M5)闭合再断开,并在行选晶体管(M5)闭合时间内首先读取次高增益信号电压值,然后闭合第二级开关晶体管,以此类推,逐行读取各行的次高增益信号电压值,直至读出整帧次高增益信号电压值;以此类推,最后控制第一行行选晶体管(M5)闭合再断开,并在行选晶体管(M5)闭合时间内首先读取次低增益信号电压值,然后闭合第N级开关晶体管,以此类推,逐行读取各行的次低增益信号电压值,直至读出整帧次低增益信号电压值;然后控制第一行行选晶体管(M5)闭合再断开,并在行选晶体管(M5)闭合时间内读取低增益信号电压值,闭合复位晶体管,以此类推,逐行读取各行的低增益信号电压值,直至读出整帧低增益信号电压值;这样得到多个增益的整帧信号电压值。

7.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构采用由一个高动态晶体管(HDR)构成的高动态控制结构,该高动态晶体管的源极连接浮置扩散区,漏极连接复位晶体管的源极;高动态晶体管(HDR)的沟道作为电荷存储区;复位晶体管(M3)的漏极接电源电压(VD1)。

8.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构采用由一个高动态晶体管(HDR)构成的高动态控制结构,该高动态晶体管的源极连接浮置扩散区,漏极连接电源地;高动态晶体管(HDR)的沟道作为电荷存储区;复位晶体管(M3)的漏极接电源电压(VD1),源极接浮置扩散区(FD)。

9.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构采用由N级高动态晶体管构成的高动态控制结构,各高动态晶体管串接于浮置扩散区与复位晶体管之间,第一级高动态晶体管的源极连接浮置扩散区,第N级高动态晶体管的漏极连接复位晶体管的源极,第一、第二、……第N级高动态晶体管的沟道分别作为第一、第二、……第N电荷存储区;N≥2;复位晶体管(M3)的漏极接电源电压(VD1)。

10.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法,其特征在于所述横向溢出栅开关结构还可以采用由N级高动态晶体管构成的高动态控制结构,各高动态晶体管串接于浮置扩散区与电源地之间,第一级高动态晶体管的源极连接浮置扩散区,第N级高动态晶体管的漏极连接电源地,第一、第二、……第N级高动态晶体管的沟道分别作为第一、第二、……第N电荷存储区;复位晶体管(M3)的漏极接电源电压(VD1),源极接浮置扩散区(FD)。

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