[实用新型]非线性CMOS图像传感器像素

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种图像传感器，尤其涉及一种非线性CMOS图像传感器像素。

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图像传感器一般采用线性光电响应功能的像素结构。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、电荷传输晶体管102、复位晶体管103、源跟随晶体管104和选择晶体管105；VTX为晶体管102的栅极端，VRX为晶体管103的栅极端，VSX为晶体管105的栅极端，FD为漂浮有源区，Vdd为电源电压，Output为信号输出端。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，将光电二极管中的光电信号转移至FD区后，由晶体管104所探测到的FD势阱内电势变化信号经Output输出端读取并保存。其中，在FD区内的光电电荷量与入射光照量成正比，FD势阱内光电电荷量的变化被晶体管104探测到并转换为电势变化，此电势变化量，即信号量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。

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图像的能力。由此可见，上述线性图像传感器采集图像的能力显然不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种输出的图像品质高的非线性CMOS图像传感器像素。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的非线性CMOS图像传感器像素，包括光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管和选择晶体管，所述选择晶体管的漏极端与所述源跟随晶体管的源极端相连，其特征在于，还包括反相器、开关晶体管和电容，所述复位晶体管的源极端与所述光电二极管的电荷收集端连接，所述反相器包括两个并联的晶体管；

所述反相器的栅极端与所述光电二极管的电荷收集端相连，所述开关晶体管的栅极端与所述反相器的输出端相连，所述开关晶体管的源极端外接电势，所述开关晶体管的漏极端与所述电容的正极板端相连，所述源跟随晶体管的栅极端与所述开关晶体管的漏极端相连。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的非线性CMOS图像传感器像素，由于在传统像素的基础上，添加了一组反相器，一个开关晶体管和一个电容，使像素采集信号的位置从光电二极管转移到可控的电容位置，电容端的电势与光电二极管端的电势成非线性关系，像素读取的电势信号不直接是光电电荷，而读取的是由光电信号控制的间接电势信号，此间接电势信号与光电电势信号成对数关系，从而提高了弱光像素的灵敏度，同时压缩了强光像素的灵敏度，有效提升了图像传感器输出的图像品质。

附图说明

图1是现有技术的CMOS图像传感器像素的电路示意图。

图2是本实用新型实施例中的非线性CMOS图像传感器像素的电路示意图。

图3是本实用新型实施例中的非线性CMOS图像传感器像素工作时所使用的外接电势产生器件示意图。

图4是本实用新型实施例中的非线性CMOS图像传感器像素的工作示意图。

图5是本实用新型实施例中的非线性CMOS图像传感器像素的光电响应示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的非线性CMOS图像传感器像素，其较佳的具体实施方式是：

包括光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管和选择晶体管，所述选择晶体管的漏极端与所述源跟随晶体管的源极端相连，还包括反相器、开关晶体管和电容，所述复位晶体管的源极端与所述光电二极管的电荷收集端连接，所述反相器包括两个并联的晶体管；

所述反相器的栅极端与所述光电二极管的电荷收集端相连，所述开关晶体管的栅极端与所述反相器的输出端相连，所述开关晶体管的源极端外接电势，所述开关晶体管的漏极端与所述电容的正极板端相连，所述源跟随晶体管的栅极端与所述开关晶体管的漏极端相连。

所述光电二极管为N型光电二极管，所述开关晶体管为P型晶体管，所述复位晶体管为N型晶体管；

所述开关晶体管为低阈值晶体管，阈值范围为-0.3V～0V。