[发明专利]双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法

摘要

本发明涉及一种双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，该方法如下：在开始曝光前控制全局栅晶体管闭合再断开使所有像素的光电二极管同时复位并开始曝光；经过一段曝光时间后，读取整帧的低、高增益复位电压；控制所有像素的电荷转移控制晶体管闭合，使得所有像素同时截止曝光；读取整帧的高、低增益信号电压。在片外进行相关双采样数据处理，得到两帧不同增益的有效信号。本发明所有像素同时开始曝光，同时截止曝光，经过一次信号转移，在浮置扩散区和存储电容中得到不同增益信号，两个信号在像素内进行存储，等待被逐行读取，完成全局快门。该控制方法所有像素起止曝光时间相同，在拍摄高速移动物体时，画面不会失真。

主权项

1.一种双转移栅高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，其特征在于包括下述步骤：1)开始曝光前闭合各像素复位晶体管(M3)和开关晶体管(M2)，使浮置扩散区(FD)接电源电压，然后控制全局栅晶体管(M7)闭合再断开使所有像素的光电二极管(PD)同时复位并开始曝光；2)经过一段曝光时间后，闭合第一行行选晶体管(M5)，断开第一行复位晶体管(M3)，读取该行低增益复位电压，之后断开该行行选晶体管(M5)；3)闭合第二行行选晶体管(M5)，断开第二行复位晶体管(M3)，读取该行低增益复位电压，之后断开该行行选晶体管(M5)；4)以此类推，逐行读取整帧的低增益复位电压；5)闭合第一行行选晶体管(M5)，断开第一行开关晶体管(M2)，读取该行高增益复位电压，之后断开该行行选晶体管(M5)；6)同理，逐行读取整帧的高增益复位电压；7)控制所有像素的第一电荷转移控制晶体管(M1)闭合，将光电二极管(PD)中的积分电荷转移至浮置扩散区(FD)中，然后闭合所有像素的第二电荷转移控制晶体管(M6)，将光电二极管(PD)中剩余的电荷转移至存储电容(C1)中，曝光结束；然后断开第一电荷转移控制晶体管(M1)和第二电荷转移控制晶体管(M6)，使积分电荷在浮置扩散区(FD)和存储电容(C1)中存储，等待被逐行读出；8)闭合第一行行选晶体管(M5)，读取该行高增益信号电压，闭合该行开关晶体管(M2)，断开该行行选晶体管(M5)；9)同理，逐行读取整帧的高增益信号电压；10)闭合第一行行选晶体管(M5)，读取该行低增益信号电压，闭合该行复位晶体管(M3)，断开该行行选晶体管(M5)；11)同理，逐行读取整帧的低增益信号电压；所述双转移栅高动态图像传感器像素包括全局栅晶体管(M7)、光电二极管(PD)、第一电荷转移控制晶体管(M1)、复位晶体管(M3)、开关晶体管(M2)、缓冲放大器(M4)和行选晶体管(M5)、第二电荷转移控制晶体管(M6)；光电二极管(PD)负极通过图像传感器的全局栅晶体管(M7)与复位电压(VD3)相连，并通过第一电荷转移控制晶体管(M1)与浮置扩散区(FD)连接；光电二极管(PD)负极通过第二电荷转移控制晶体管(M6)与存储电容(C1)的正极连接，浮置扩散区(FD)通过开关晶体管(M2)与存储电容(C1)的正极连接，存储电容(C1)的负极接电源地或任意稳定电源电位；同时浮置扩散区(FD)通过缓冲放大器(M4)与行选晶体管(M5)连接。