[发明专利]高动态图像传感器的驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，本发明涉及一种高动态图像传感器的驱动方法。

背景技术

在图像传感器成像时，由于图像传感器中不同像素单元感应的光线强度不同，其所生成的图像具有亮区域与暗区域。范围从亮区域到暗区域的图像可被表现的亮度等级通常被称为图像的动态范围。图像传感器的动态范围越高，其所成像的图像能够表现的亮度等级就越高。

现有的图像传感器采用了许多方法来实现高动态范围。一种方法是采用具有电荷撇取操作的曝光时间控制方法来延伸动态范围：其在读取光电感应区中的感应电荷之前，会在图像传感器的转移晶体管或水平溢出晶体管上加载撇取电压，以将光电感应区中的一部分感应电荷转移出去，从而减少光电感应区中暂存的感应电荷量。这相当于增加了光电感应区存储电荷的能力。

然而，在采用这些方法的图像传感器中，由于制作工艺误差，每个像素单元中转移晶体管或水平溢出晶体管的特性可能具有差异。这导致不同像素单元所撇取的感应电荷量可能存在差异。这种差异会引入图像噪声，从而降低图像质量。

发明内容

因此，需要提供一种能够减少图像噪声的高动态图像传感器的驱动方法。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种高动态图像传感器的驱动方法。该图像传感器的每个像素单元包括光电感应区、转移栅极以及浮动扩散区，其中所述转移栅极用于控制电荷由所述光电感应区转移到所述浮动扩散区，所述驱动方法包括下述步骤：a.感应外部光线，以在所述光电感应区中累积电荷；b.在所述转移栅极上加载撇取电压，以使得所述转移栅极相对于所述光电感应区的势垒高度降低；c.继续感应外部光线，以在所述光电感应区中继续累积电荷；d.在所述转移栅极上加载与所述撇取电压相同的读取电压，以生成中间读出信号；e.在所述转移栅极加载开启电压以使得所述光电感应区中的电荷全部转移至所述浮动扩散区，并生成完全读出信号；f.基于所述中间读出信号与所述完全读出信号确定所述像素单元的输出信号。

对于上述方面的驱动方法，步骤b的撇取操作以及步骤d的读取操作会引入对应于像素单元转移特性的误差，并且由于步骤d中的读取电压与撇取电压相同，其所引入的误差可与步骤b中引入的误差相抵消，从而避免了由于不同像素单元转移特性差异所带来的图像噪声。

在一个实施例中，重复执行所述步骤b与c，以在所述转移栅极上依次加载多个使得所述势垒高度递增的撇取电压；以及所述步骤d进一步包括：在所述转移栅极上依次加载多个与所述多个撇取电压分别相等的读取电压，所述多个读取电压使得所述势垒的高度递减，并生成对应的多个中间读出信号。多次撇取操作可以进一步增强图像传感器光电感应区感应电荷的能力。

在一个实施例中，对应于所述步骤b中势垒高度递增的撇取电压，所述步骤c中累积电荷的时间递减。步骤c中累积电荷的时间越短，光电感应区所能够感应的光线强度越高，从而提高了图像传感器的动态范围。

在一个实施例中，所述步骤f包括：确定所述中间读出信号与所述全部读出信号的累积速率；比较所述中间读出信号与所述全部读出信号的累积速率；以所述中间读出信号与所述全部读出信号的累积速率的最大值确定所述像素单元的输出信号。通过比较中间读出信号与全部读出信号的累积速率，可以使得图像传感器能够响应不同强度的外部光线所生成的感应电荷而相应动作。

在一个实施例中，所述步骤d还包括：在加载所述读取电压之前，复位所述浮动扩散区；所述步骤e还包括：在加载所述开启电压之前，复位所述浮动扩散区。

在一个实施例中，在所述步骤d之前，复位所述浮动扩散区。

本发明的以上特性及其他特性将在下文中的实施例部分进行明确地阐述。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，能够更容易地理解本发明的特征、目的和优点。其中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的装置。

图1a与图1b示出了一种图像传感器的像素单元结构；

图2示出了根据本发明一个实施例的高动态图像传感器的驱动方法100的流程；

图3示出了一种用于实现图2中驱动方法100的图像传感器驱动信号的时序图；

图4a至图4c示出了应用图3中驱动信号的像素单元中电荷转移情况；

图5示出了另一种用于实现图2中驱动方法100的图像传感器驱动信号的时序图；

图6示出了根据本发明另一实施例的高动态图像传感器的驱动方法200的流程；