[发明专利]具有可变转换增益的图像传感器有源像素及图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别是涉及一种具有可变转换增益的图像传感器有源像素及图像传感器。

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和行选择晶体管105，及列位线106；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。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106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，一个光电电荷转换为电势的量称为光电转换增益；光电电荷量变化时，转换增益保持不变，则晶体管104在FD处所探测到的电势信号也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。在户外环境中，线性传感器不易采集到高照明环境的实物信息，从而降低了传感器的输出图像品质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有可变转换增益的图像传感器有源像素及图像传感器，采用降低高照明环境时传感器像素的光电转换增益来达到延迟像素饱和时间的目的，解决现有技术不易采集户外高照明环境的实物信息，从而提升图像传感器输出的图像品质。

解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种具有可变转换增益的图像传感器有源像素，包括：置于半导体基体中的感光元件，连接所述感光元件的电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选择晶体管、晶体管电容和漂浮有源区，所述晶体管电容的源漏极与漂浮有源区连接，所述晶体管电容的栅极连接外部输入电压。

上述有源像素中，所述感光元件采用光电二极管。

上述有源像素中，所述光电二极管采用：PIN型光电二极管，部分PIN型光电二极管或者多晶硅栅型光电二极管。

上述有源像素中，所述光电二极管采用：N型光电二极管或P型光电二极管。

上述有源像素中，当所述有源像素的感光元件为P型光电二级管，各晶体管为P型晶体管时，所述外部输入电压为低电位；

当所述有源像素的感光元件为N型光电二级管，各晶体管为N型晶体管时，所述外部输入电压为高电位。

上述有源像素中，在低照明环境时，所述有源像素的晶体管电容工作在截止区，仅晶体管电容的栅源交叠电容部分加入漂浮有源区电容行列，光电转换增益变高，像素灵敏度高。

上述有源像素中，在高照明环境时，所述有源像素的晶体管电容工作在线性区，晶体管电容的栅源交叠电容和栅氧层电容部分同时加入漂浮有源区电容行列，光电转换增益变低，像素灵敏度低。

本发明还提供一种CMOS图像传感器，包括按阵列方式排列的多个像素，各像素采用本发明的有源像素。

本发明的有益效果是：通过使本发明有源像素的晶体管电容的源漏极与漂浮有源区连接，晶体管电容的栅极外部输入电压相连的方式，使得该有源像素，在低照明时，仅晶体管电容的栅源交叠电容部分加入漂浮有源区电容行列，光电转换增益高，传感器的灵敏度高；高照明时，晶体管电容的栅源交叠电容和栅氧层电容部分同时加入漂浮有源区电容行列，光电转换增益低，像素灵敏度低。因此，本发明的有源像素压缩了高照明时的像素光电响应曲线，推迟了像素饱和时间，传感器采集到了高照明时更多的实物信息，有效提升了图像传感器输出的图像品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是现有技术的CMOS图像传感器的四晶体管(4T)有源像素的电路示意图；

图2是本发明实施例的4T有源像素的电路示意图；