[发明专利]光电传感器、像素电路、图像传感器及光电感测方法

说明书

本申请提供了一种光电传感器，包括光敏单元，配置为在曝光阶段接收入射光并产生光生电流，其具有光记忆功能，即入射光撤除后仍然在所述光敏单元内保持光生电流；以及存储单元，耦合到所述光敏单元，配置为在积分阶段将所述光生电流转化为光生电荷或光生电压并进行存储或保持，其中所述积分阶段至少包括曝光阶段结束后的预设时间段。本申请还提供了包括这种光电传感器的像素电路、包含这种像素阵列的图像传感器和电子设备以及相应的光电感测方法。

技术领域

本申请涉及一种图像传感器，特别地涉及一种具有光记忆功能的光敏单元的光电传感器、像素电路、图像传感器以及相应的光电感测方法。

背景技术

光电传感器和图像传感器在众多医疗电子、消费电子、军用电子设备中起到极端重要的作用。例如，X射线影像是骨科、肺病、心脑血管等各类疾病诊断的黄金判据；指纹识别已经成为智慧手机的标准安全锁；高光谱、多光谱摄像是重要的现代军事侦测手段。在这些应用中，面向微弱光信号、瞬态光电信号的高灵敏度、高分辨率的光电传感器和图像传感器一直是研究的重点。

以现代医疗不可或缺的X射线影像设备为例，自X射线发现至今的100多年以来，借助X射线的穿透能力摄取人体内组织图像的医用X射线成像系统中，图像传感器是核心部件。低剂量、高分辨、动态成像是现代X射线成像的主要发展方向，其中对图像传感器的要求是灵敏度高、信噪比高、响应速度快等。现有的图像传感器技术可以分为如下几类：基于电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物(CMOS)晶体管的成像技术，和基于氢化非晶硅(a-Si:H)光电二极管的平板探测成像技术。目前，最主流的X射线图像传感器是基于a-Si:H光电二极管技术。虽然该技术在不断地进步之中，但是仍然存在很多问题。当今X射线医学成像的应用中最重要的研究方向之一是提高图像传感器灵敏度以减小X射线辐照剂量，降低对人体的伤害。又比如导弹尾焰探测等军事应用中，探测距离远造成可用于成像的光电信号强度极其微弱，而事件的变化速度快则要求光电成像的响应速度极快。

如何对微弱的、瞬态光电信号实施侦测是光敏传感器和图像传感器设计的难题。随着入射光电信号强度的减少，传统图像传感器读出阵列的输出信号强度极大地减少，因此成像质量会受到暗态电流、信号噪声的影响而急剧下降。进一步地，当图像传感器的分辨率提高时，像素面积也相应地减小，成像单元的信噪比和灵敏度会大大下降，这也是传统图像传感器实现高分辨率的限制因素。

发明内容

针对现有技术的问题，本申请提出了一种光电传感器，包括光敏单元，配置为在曝光阶段接收入射光并产生光生电流，其具有光记忆功能，即入射光撤除后仍然在所述光敏单元内保持光生电流；以及存储单元，耦合到所述光敏单元，配置为在积分阶段将所述光生电流转化为光生电荷或光生电压并进行存储或保持，其中所述积分阶段至少包括曝光阶段结束后的预设时间段。

特别的，所述具有光记忆功能的光敏单元包括具有光记忆功能的金属氧化物半导体器件或有机半导体器件。

特别的，所述光敏单元至少包括光电晶体管，光电二极管或光敏电阻。

特别的，所述存储单元包括存储电容，其耦合到所述光敏单元，所述存储电容配置为执行将所述光生电流转化为所述光生电荷或光生电压的积分操作。

特别的，所述存储单元还包括积分控制单元，其耦合在所述光敏单元和所述存储电容之间，配置为在积分控制信号的影响下控制进行所述积分操作的时间。

特别的，积分控制单元包括积分晶体管，其第一极和第二极分别耦合到所述存储电容与所述光敏单元，或者分别耦合到所述光敏单元与电源，其控制极配置为接收积分控制信号。

特别的，所述存储单元还包括放大单元，其耦合到所述存储电容，配置为对所述光生电荷或者电压进行放大。

特别的，所述积分阶段的时间比所述曝光阶段时间长。

特别的，所述积分阶段还包括与所述曝光阶段重合的时间段。