[发明专利]CMOS图像传感器读出电路及其实现方法

说明书

本发明提供一种CMOS图像传感器读出电路及其实现方法，本发明的CMOS图像传感器中相邻多个像素单元为子像素单元矩阵，子像素单元矩阵具有两套读出电路系统，当环境状态为第一状态时，将子像素单元矩阵合并等效为1个像素单元通过第一套读出电路系统读出，实现电荷/电压转换增益大于等于120μV/e‑；当环境状态为第二状态时，将子像素单元矩阵的多个像素单元分别独自通过第二套读出电路系统读出，实现电荷/电压转换增益小于等于100μV/e‑。本发明的CMOS图像传感器读出电路及其实现方法，可以根据环境状态灵活调整读出电路的实现方式，满足不同应用场景的不同需求，改善成像质量，提高图像传感器的整体性能。

技术领域

本发明涉及一种CMOS图像传感器读出电路及其实现方法。

背景技术

CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此，随着技术发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置（例如胃镜）、车用摄像装置等。

图1示出现有技术中常见的CMOS图像传感器的像素结构。其中，该图像传感器包括多个阵列排布的像素单元110，相邻多个像素单元为子像素单元矩阵，在此示出包括相邻4个像素单元110_a，110_b，110_c，110_d的子像素单元矩阵100，该子像素单元矩阵100具有一套读出电路系统，该读出电路系统包括转移晶体管120、浮置扩散区130、行选择晶体管140、源跟随晶体管150、复位晶体管160。当环境状态的光线条件较亮时，子像素单元矩阵100的4个像素单元110_a，110_b，110_c，110_d分别独自通过读出电路系统读出，实现较高的分辨率和成像质量。然而当环境状态的光线条件较暗时，为了提高成像质量，现有技术的一种做法是将子像素单元矩阵100中的多个像素单元110_a，110_b，110_c，110_d合并之后通过读出电路系统读出，以提高电荷/电压转换增益，改善图像质量，也就是说，现有技术的CMOS图像传感器通过同一套读出电路系统的晶体管实现了不同电荷/电压转换增益的切换，但实际上两种读出方式仍是共用同一个浮置扩散区实现的，这种做法对于提高电荷/电压转换增益的效果非常有限，因此对于图像质量的提升也很有限。因此，现有的CMOS图像传感器无法满足不同应用场景的不同需求，进而影响图像传感器的整体性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器读出电路及其实现方法，根据环境状态灵活调整读出电路的实现方式，满足不同应用场景的不同需求，改善成像质量，提高图像传感器的整体性能。

基于以上考虑，本发明的一个方面提供一种CMOS图像传感器读出电路的实现方法，所述图像传感器中相邻多个像素单元为子像素单元矩阵；其中，所述子像素单元矩阵具有两套读出电路系统，当环境状态为第一状态时，将子像素单元矩阵合并等效为1个像素单元通过第一套读出电路系统读出，实现电荷/电压转换增益大于等于120 μV/e-；当环境状态为第二状态时，将子像素单元矩阵的多个像素单元分别独自通过第二套读出电路系统读出，实现电荷/电压转换增益小于等于100 μV/e-。

优选的，所述第一套读出电路系统的浮置扩散区和第二套读出电路系统的浮置扩散区没有电连接。

优选的，所述两套读出电路系统中的复位晶体管、源跟随晶体管分别独立不可共用。

优选的，第一套读出电路系统工作时，所述子像素单元矩阵的多个像素单元的光电二极管之间可实现电荷迁移。

优选的，通过开关晶体管控制像素单元的光电二极管之间的导通和关闭实现光电二极管之间的电荷迁移。

优选的，电路布图设计中，第二套读出电路系统的转移晶体管的栅极位于子像素单元矩阵的中间区域；第一套读出电路系统的转移晶体管的栅极位于子像素单元矩阵的相对外侧。

优选的，所述子像素单元矩阵中多个像素单元具有颜色相同的彩色滤光片。