[发明专利]像素结构单元、像素结构阵列及其操作方法、图像传感器

说明书

本公开提供了一种像素结构单元、像素结构阵列及其操作方法、图像传感器，其中，该像素结构单元包括上拉结构单元、感光输出单元和输出控制单元。感光输出单元与所述上拉结构单元相连；输出控制单元与所述感光输出单元相连；其中，在所述感光输出单元和所述输出控制单元同时处于光照条件下，且上拉结构单元被控制开启，以对所述感光输出单元充电，并使得所述输出控制单元工作以对所述感光输出单元放电。因此，从而能够使得像素结构单元根据入射光强自适应调节感光灵敏度，相对于传统CIS像素元，仅凭像素结构单元本身即可满足高对比度成像的要求，使得图像传感器在各种应用场景下都能呈现良好的成像质量。

技术领域

本公开涉及半导体器件技术领域以及集成电路技术领域，具体涉及一种像素结构单元、像素结构阵列及其操作方法、图像传感器。

背景技术

图像传感器是当今信息化时代的重要基础之一。传统的CMOS图像传感器(CMOSimage sensor，简称CIS)为当代市场主流，其像素结构单元基本结构如图1所示，由复位管101、光电二极管102、源跟随管103和选通管104构成。CIS像素元基本工作原理为光电二极管102在曝光(即光照)时，通过供电端向该像素结构单元施加电源电压V₀₁，在此基础上通过字线端向该像素结构单元的复位管101的栅极施加输入电压V₀₂，给源跟随管103的栅极放电，源跟随管103的输出电流发生相应的变化，当选通管104选通时，在输出端S输出对应的感光信号，其中光电二极管102的正极接地G。但是，在现有的CIS像素结构单元中，作为感光单元的光电二极管102的感光灵敏度在不同光强时近乎不变，其在环境光强变化较大的应用场景，入射光强较大的像素元容易过曝，光强较小的像素元则容易欠曝，导致其对应的阵列输出的原始图像对比度小，成像质量差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述所提及的传统CIS像素元在不具有复杂的辅助结构基础上，感光灵敏度在不同光强时近乎不变，导致在环境变化较大的场景下造成的成像质量较差的技术问题，本公开提供了一种能够自适应调节感光灵敏度的像素结构单元、像素结构阵列及其操作方法、图像传感器，从而能够使得像素结构单元根据入射光强自适应调节感光灵敏度，以使得图像传感器在各种应用场景下都能呈现良好的成像质量。

(二)技术方案

本公开的一个方面提供了一种像素结构单元，其中，包括上拉结构单元、感光输出单元和输出控制单元。感光输出单元与所述上拉结构单元相连；输出控制单元与所述感光输出单元相连；其中，在所述感光输出单元和所述输出控制单元同时处于光照条件下，且上拉结构单元被控制开启，以对所述感光输出单元充电，并使得所述输出控制单元工作以对所述感光输出单元放电。

根据本公开的实施例，所述像素结构单元还包括下拉结构单元，下拉结构单元与所述输出控制单元相互并联。

根据本公开的实施例，所述上拉结构单元的栅端与所述像素结构单元的输入端相连；所述下拉结构单元的栅端与所述上拉结构单元的栅端对应，并与所述像素结构单元的输入端相连。

根据本公开的实施例，所述上拉结构单元的源端与所述像素结构单元的电源端相连；所述感光输出单元的漏端与所述上拉结构单元的源端对应，并与所述像素结构单元的电源端相连。

根据本公开的实施例，所述上拉结构单元的漏端与所述下拉结构单元的漏端相连；所述感光输出单元的栅端与所述上拉结构单元的漏端和所述下拉结构单元的漏端对应相连；所述输出控制单元的第一输出端与所述感光输出单元的栅端、所述上拉结构单元的漏端和所述下拉结构单元的漏端对应相连。

根据本公开的实施例，所述下拉结构单元的源端与所述像素结构单元的接地端相连，所述输出控制单元的第二输出端与所述像素结构单元的接地端对应，并与所述下拉结构单元的源端相连。