[发明专利]有源像素及图像传感器及其控制时序

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种有源像素及图像传感器及其控制时序。

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图像传感器像素的漂浮节点处一般都采用固定电容，如图1所示，是采用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、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，开启传输晶体管102，将光电信号传输至漂浮节点FD(Floating Diffusing)后关闭传输晶体管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。

上述现有技术中的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漂浮节点处电容具有可自动调节功能的有源像素及图像传感器及其控制时序，解决现有技术不能采集从暗光线环境变化到强光线环境下的全部信号的问题，扩大图像传感器及像素的动态范围。

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，包括置于半导体基体中的第一感光元件、位于所述第一感光元件与漂浮节点之间的传输晶体管、连接漂浮节点的第一复位晶体管，还包括连接漂浮节点的源跟随晶体管、行选择晶体管和列位线，所述有源像素还包括第二感光元件，所述第二感光元件通过辅助电容与所述漂浮节点连接，所述第二感光元件还连接有第二复位晶体管；

所述第二感光元件用于测试入射光照量；

所述第二复位晶体管用于在曝光开始前清除所述第二感光元件势阱中的电荷；

所述辅助电容用于根据所述第二感光元件所接收到的光照量而自动调整其大小。

本发明的图像传感器，在垂直和水平方向上以矩阵方式排列若干有源像素，所述有源像素为上述的有源像素。

本发明的上述的有源像素的控制时序，包括步骤：

首先，同时开启所述传输晶体管、第一复位晶体管和第二复位晶体管，清除所述第一感光元件和第二感光元件势阱中的电荷；

然后，关闭所述传输晶体管、第一复位晶体管和第二复位晶体管，所述第一感光元件和第二感光元件开始曝光；

曝光结束时，清除所述漂浮节点的电荷后，将所述第一感光元件中的光电电荷转移至所述漂浮节点；

所述漂浮节点的电容量通过所述第二感光元件接收到的入射光照量控制所述辅助电容的源漏电势高低而自动调节。

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有源像素及图像传感器及其控制时序，由于有源像素还包括第二感光元件，第二感光元件通过辅助电容与漂浮节点连接，第二感光元件还连接有第二复位晶体管，可以根据图像传感器及像素上的入射光照量自动地调节漂浮节点处的电容量；与低照明环境比较，在高照明环境下，漂浮节点处的电容增大从而使得漂浮节点的信号饱和容量增加，则提高了图像传感器的动态范围，同时也增大了信噪比。

附图说明

图1为现有技术的CMOS图像传感器的四晶体管(4T)有源像素的示意图；

图2为本发明实施例中CMOS图像传感器的四晶体管(4T)有源像素的示意图；

图3为本发明实施例中4T有源像素工作的时序控制示意图；

图4是本发明实施例中有源像素中的漂浮节点电容随入射光照量的变化关系示意图。

图5是采用本发明实施例中有源像素的图像传感器示意图。

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：