[发明专利]高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法

摘要

本发明涉及一种高动态范围图像传感器像素的全局快门控制方法，该方法在高动态范围图像传感器像素中应用横向溢出栅技术，在电荷转移时将横向溢出栅开关导通电压降低到设定值，使在进行第一次电荷转移时，可以同时在像素内浮置扩散区和电荷存储区得到高低增益信号值，而不需要进行第二次电荷转移。通过该方法，图像传感器进行全局快门，所有像素同时开始曝光，同时截止曝光。曝光结束之后，经过一次信号转移，在浮置扩散区和电荷存储区得到不同增益信号，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。使用该控制方法，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，其特征在于该方法如下：开始曝光前闭合各像素复位晶体管(M3)使浮置扩散区接电源电压(VD1)，然后控制图像传感器全局栅晶体管(M6)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；经过一段曝光时间后，闭合第一行行选晶体管(M5)，断开复位晶体管(M3)，读取该行低增益复位电压,再断开行选晶体管(M5),以此类推，逐行读取各行的低增益复位电压，直至读出整帧低增益复位电压；然后闭合第一行行选晶体管(M5)，将横向溢出栅开关结构的导通电压降低到设定值，读取该行高增益复位电压，再断开行选晶体管(M5)；以此类推，逐行读取各行的高增益复位电压，直至读出整帧高增益复位电压；控制图像传感器各像素的电荷转移控制晶体管(M1)闭合再断开结束曝光，使得当曝光量较小时，光电二极管(PD)中全部电荷一次性转移并存储至浮置扩散区(FD)，当曝光量较大时，光电二极管(PD)中全部电荷一次性分别转移并存储至浮置扩散区(FD)和电荷存储区中；电荷转移完成后，闭合第一行行选晶体管(M5)，读取该行高增益信号电压，闭合第一行像素横向溢出栅开关结构使全部电荷在浮置扩散区(FD)和电荷存储区进行重新分配，断开行选晶体管(M5),以此类推，逐行读取各行的高增益信号电压，直至读出整帧高增益信号电压；闭合行选晶体管(M5)，读取该行低增益信号电压，闭合该行复位晶体管(M3)，断开行选晶体管(M5),以此类推，逐行读取各行的低增益信号电压，直至读出整帧低增益信号电压；所述高动态范围图像传感器像素包括全局栅晶体管(M6)、光电二极管(PD)、电荷转移控制晶体管(M1)、复位晶体管(M3)、横向溢出栅开关结构、缓冲放大器(M4)和行选晶体管(M5)；光电二极管(PD)负极通过图像传感器的全局栅晶体管(M6)与复位电压(VD3)相连，并通过电荷转移控制晶体管(M1)与浮置扩散区(FD)连接；浮置扩散区(FD)通过横向溢出栅开关结构与电荷存储区连接，并通过缓冲放大器(M4)与行选晶体管(M5)连接。