[发明专利]高动态图像传感器及其有源像素

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种高动态图像传感器及其有源像素。

背景技术

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CMOS（互补型金属氧化物半导体）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。

在现有技术中，CMOS图像传感器像素一般都采用的结构如图1所示，采用的是CMOS图像传感器四晶体管的有源像素，在本领域中也称为4T有源像素。4T有源像素的元器件包括：光电二极管101，电荷传输晶体管102，复位晶体管103，源跟随晶体管104和行选择晶体管105。光电二极管101接收外界入射的光线，产生光电信号，开启晶体管102，将光电信号传输至漂浮节点FD(Floating Diffusing)后关闭晶体管102，此光电信号被源跟随晶体管104探测到，同时开启行选择晶体管105，通过列位线106将信号读出。其中，在光电二极管101中产生的光电信号量与入射光照量成正比，则晶体管104在漂浮节点FD处所探测到的信号也与光照量成正比关系。

该类图像传感器的光电响应是线性的，在本领域内被称为线性传感器。线性传感器所探测到的光照量范围小，特别是高照明环境下无法辨认出实物信息，不能够采集从暗光线环境变化到强光线环境下的全部信号，在业内称为动态范围小，从而降低了传感器的输出图像品质。

发明内容

本发明的目的是提供一种传感器输出图像的品质高的高动态图像传感器及其有源像素。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的有源像素，包括复位晶体管、源跟随晶体管、行选择晶体管和列位线，还包括2个或者2个以上置于半导体基体中的感光元件，每个感光元件对应连接一个电荷传输晶体管的源极，多个电荷传输晶体管的栅极相互连接在一起，多个电荷传输晶体管漏极相互连接在一起作为漂浮节点。

本发明的高动态图像传感器，包括像素矩阵阵列，所述像素矩阵阵列包括在垂直和水平方向上以矩阵方式排列的若干上述的有源像素。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高动态图像传感器及其有源像素，由于采用了多个感光元件的像素，与弱光照环境比较，在强光照环境下，压缩了传感器高曝光量时的光电响应曲线，降低了高曝光量像素的灵敏度，因此提高了图像传感器的动态范围。

附图说明

图1是现有技术的CMOS图像传感器的4晶体管(4T)有源像素的示意图；

图2是本发明的有源像素的结构示意图；

图3是图2中有源像素工作时的光电相应曲线示意图；

图4是采用本发明高动态图像传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的有源像素，其较佳的具体实施方式是：

包括复位晶体管、源跟随晶体管、行选择晶体管和列位线，还包括2个或者2个以上置于半导体基体中的感光元件，每个感光元件对应连接一个电荷传输晶体管的源极，多个电荷传输晶体管的栅极相互连接在一起，多个电荷传输晶体管漏极相互连接在一起作为漂浮节点。

多个感光元件中，至少一个感光元件的上方覆盖有金属层，不同感光元件上方的金属层覆盖面积不同。

多个感光元件的面积大小相同或不相同。

所述感光元件有四个，第一感光元件201的上方不覆盖金属层，第二感光元件202上方覆盖1/2感光元件面积的金属层，第三感光元件203上方覆盖3/4感光元件面积的金属层，第四感光元件204上方覆盖7/8感光元件面积的金属层。

所述感光元件包括光电二极管、PIN型光电二极管、部分PIN型光电二极管或者多晶硅栅型光电二极管。

本发明的高动态图像传感器，其较佳的具体实施方式是：

包括像素矩阵阵列，所述像素矩阵阵列包括在垂直和水平方向上以矩阵方式排列的若干上述的有源像素。

该图像传感器还包括像素阵列控制电路、处理电路、记忆元件和输入输出电路，每个部分形成于单独的硅基体上，并集成于一个独立的芯片上。

本发明为了在CMOS图像传感器中获得高品质的图像，从改善4T像素的光电响应性质入手，使用包含多个感光元件的像素，每个感光元件的曝光饱和时间不同，从而压缩了高照明环境时的光电响应灵敏度曲线，推迟了像素的饱和时间，因此传感器探测到了更多强光照环境下的实物细节信息，提升了传感器输出图像的品质。

具体实施例：