[发明专利]图像传感器像素电路及成像系统

说明书

本发明公开了一种图像传感器像素电路及成像系统，该图像传感器像素电路包括至少一组感光控制单元，所有的感光控制单元共享复位晶体管、放大输出单元以及全局曝光传输单元，从而可节约芯片面积，有利于器件小型化。并且该全局曝光传输单元包括偏置晶体管，从而在全局曝光结束时可选择采用不同的信号保存方式，当偏置晶体管在偏置控制信号的控制下处于开启状态，则其可以给放大输出单元提供电流偏置，从而实现整个像素结构的高速信号存储；当偏置晶体管在偏置控制信号的控制下处于关断状态，则放大输出单元的输出信号也可直接存储至信号存储单元，从而实现低功耗存储。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器像素电路及成像系统。

背景技术

近年来，ＣMOS图像传感器产业高速发展，图像传感器的芯片面积也越来越小，而现有的图像传感器通常包括像素阵列，像素阵列按行和列排列，像素阵列中的每个像素结构均包括一个光电二极管及对应的复位晶体管、放大单元及输出单元。由于每个光电二极管均要对应相应的复位晶体管、放大单元及输出单元，因而不利于芯片面积的减小。

图像传感器的像素读取包括滚动曝光(rolling shutter)和全局曝光(globalshutter)两种输出模式。滚动曝光输出模式适用于静态环境中图像输出，全局曝光方式的图像传感器采集图像时，传感器像素阵列中的每个像素都同时曝光，适用于动态环境中高速运动的物体的图像采集，采用全局曝光模式的图像传感器能有效解决果冻效应带来的输出图像失真/变形的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器像素电路及成像系统，以实现输出高动态范围，更高质量的图像效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种图像传感器像素电路，包括：

至少一组感光控制单元，每组感光控制单元包括光电二极管及传输晶体管；所述传输晶体管耦接于所述光电二极管和浮动扩散节点之间；

复位晶体管，耦接于第一电压源和所述浮动扩散节点之间，根据复位控制信号重置浮动扩散节点的电压；

放大输出单元，耦接至所述浮动扩散节点和第二电压源，对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出；

全局曝光传输单元，包括信号存储单元、偏置晶体管以及全局曝光输出单元；其中：

所述信号存储单元耦接至所述放大输出单元，分别存储所述放大输出单元输出的浮动扩散节点的初始电压信号以及第二电压信号，其中所述第二电压信号为光电二极管累积的电荷转移到浮动扩散节点后的电压信号；

所述全局曝光输出单元用于对曝光结束后存储在所述信号存储单元的电压信号进行放大输出；

所述偏置晶体管其一端连接至所述放大输出单元的输出端，一端连接至地端，第二电源为可变电压源，所述偏置晶体管用于根据偏置控制信号给所述放大输出单元提供电流偏置，实现低功耗或高速信号传输。

根据本发明的一个实施例，所述放大输出单元包括第一源极跟随晶体管，所述第一源极跟随晶体管的栅极耦接至所述浮动扩散节点，其漏极耦接至所述第二电压源，其源极作为输出端耦接至所述信号存储单元。

根据本发明的一个实施例，所述信号存储单元包括：

第一存储单元，用于存储所述放大输出单元输出的初始电压信号；

第二存储单元，用于存储所述放大输出单元输出的第二电压信号，其中所述第二电压信号为光电二极管累积的电荷转移到浮动扩散节点后的电压信号。

根据本发明的一个实施例，所述第一存储单元包括第一控制晶体管以及第一存储电容器，所述第二存储单元包括第二控制晶体管以及第二存储电容器；其中：