[发明专利]图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，特别涉及一种图像传感器。

背景技术

动态范围为最大信号量（饱和信号量）与噪声值的比。饱和信号量常用满阱电子数来衡量。在相同随机噪声情况下，图像传感器的满阱电子数越多，图像传感器的动态范围越大。增加图像传感器的满阱电子数，一方面需要提高感光二极管的曝光产生的光电荷数目，另一方面需要使存储节点能够容纳更多的电子。动态范围较宽的图像，从亮到暗有较明显的灰度梯度，曝光不足或曝光过度的情况较少。

CMOS图像传感器的感光度是能够在多暗的情况下摄影的基准。图像传感器的感光度越高，越能够在较暗情况下摄影。要提高感光度，一方面是增加感光二极管的感光区域，另一方面需要提高感光二极管的光电转换效率，但更重要的是提高图像传感器的转换增益。

图像传感器的转换增益的公式为其中，q表示一个电子的电荷量；CFD表示存储节点的电容值；G表示源极跟随器整体的增益。所述存储节点的电容包括PN结电容，以及与其他各信号之间的寄生电容等。从图像传感器的转换增益的公式可以看出，减小存储节点的电容值能够提高转换增益，从而提高图像传感器的感光度。

由上可知，低噪声、高感光度和宽动态范围对于图像传感器尤为重要。但是，现有CMOS图像传感器多涉及在高光照条件下的增加动态范围，而缺失在低光照条件下的改善。

发明内容

本发明技术方案解决的是现有技术缺失在低光照条件下改善图像传感器质量的技术。

本发明技术方案提供一种图像传感器包括：

光电转换单元，适于将接收到的光信号转化为存储电荷；

第一存储节点，适于在连接至所述光电转换单元时存储所述存储电荷；

第二存储节点，适于在连接至所述光电转换单元时存储所述存储电荷；

第一读出MOS管，栅极接收第一读出信号，源极连接所述光电转换单元，漏极连接所述第一存储节点，所述第一读出信号在第一光照条件、第二光照条件或第三光照条件下为开启信号；

第一开关MOS管，栅极接收第一开关信号，源极连接所述第二存储节点，漏极连接所述第一存储节点，所述第一开关信号在第二光照条件或第三光照条件下为开启信号；

开关电容单元，适于接收第二开关信号，在所述第二开关信号为开启信号时连接至所述光电转换单元，连接至所述光电转换单元时存储所述存储电荷，所述第二开关信号在第三光照条件下为开启信号。

可选择的，所述图像传感器还包括第二读出MOS管，栅极接收第二读出信号，源极连接所述光电转换单元，漏极连接所述第二存储节点，所述第二读出信号在第二光照条件或第三光照条件下为开启信号。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

本发明技术方案根据三种不同光照条件采用三种不同的存储电容，实现三级增益转换，提高了图像传感器在低光照、中等光照和高光照下的信噪比和动态范围。

本发明技术方案还利用两个读出MOS管对存储电荷进行传输，增强了存储电荷的传输能力，保证了在不同光照下都不会产生图像拖尾（image lag）。

附图说明

图1为本发明实施例一的图像传感器结构示意图；

图2为本发明实施例一在第一光照条件下的信号时序图；

图3为本发明实施例一在第二光照条件下的信号时序图；

图4为本发明实施例一在第三光照条件下的信号时序图；

图5为本发明实施例二的图像传感器结构示意图；

图6为本发明实施例三的图像传感器结构示意图

图7为本发明实施例四的图像传感器结构示意图；

图8为本发明实施例五的图像传感器结构示意图；

图9为本发明实施例六的图像传感器结构示意图；

图10为本发明实施例七的图像传感器结构示意图；

图11为本发明实施例七在第一光照条件下的信号时序图；

图12为本发明实施例七在第二光照条件下的信号时序图；

图13为本发明实施例七在第三光照条件下的信号时序图；

图14为本发明实施例八的图像传感器结构示意图；

图15为本发明实施例九的图像传感器结构示意图；

图16为本发明实施例十的图像传感器结构示意图；

图17为本发明实施例十一的图像传感器结构示意图；

图18为本发明实施例十二的图像传感器结构示意图。

具体实施方式