[发明专利]像素单元及其成像方法和成像装置

说明书

本发明提供像素单元及其成像方法和成像装置。像素单元包括：第一光电二极管，第一转移晶体管，耦合至浮动扩散区域并将第一光电二极管产生的电荷转移到浮动扩散区域；第二光电二极管，第二转移晶体管，耦合至浮动扩散区域并将第二光电二极管产生的电荷转移到浮动扩散区域，其中第二光电二极管的感光面积与所述第一光电二极管的感光面积不同；电容，其第一极耦合至指定电压；增益控制晶体管，耦合在电容第二极和浮动扩散区域之间，对电容和浮动扩散区域进行隔离控制；复位晶体管，耦合至电容的第二极和增益控制晶体管，经复位控制信号重置电容第二极和增益控制晶体管的耦合点电位；及源极跟随晶体管，耦合至浮动扩散区域，放大输出所述像素信号。

技术领域

本发明涉及成像领域，特别地涉及一种像素单元及其成像方法和成像装置。

背景技术

对于图像质量的要求一直以来不断地提高。特别是不借助结构复杂的硬件而获取高质量的图像更是成为目前成像领域研发工作的努力方向。例如，在如卡片式相机的便携式成像装置上获取高分辨率高质量的照片。

成像装置一般具有像素阵列。像素阵列中的每一个像素单元包括感光器件，例如光电二极管、光开关等。每个感光器件接收光的能力不同。这种能力的不同反映到成像装置上使成像装置具有不同的光动态范围，即成像装置可接收光的范围。当成像装置的光动态范围小于外界光强度的变化时，外界的景象就无法完全反映到所获取的图像中。本领域中一直希望能够有一种简便的方式能够解决这一问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提出一种像素单元，包括：第一光电二极管，第一转移晶体管，耦合至浮动扩散区域并将所述第一光电二极管产生的电荷转移到浮动扩散区域；第二光电二极管，第二转移晶体管，耦合至浮动扩散区域并将第二光电二极管产生的电荷转移到浮动扩散区域，其中所述第二光电二极管的感光面积与所述第一光电二极管的感光面积不同；电容，其第一极耦合至指定电压；增益控制晶体管，其耦合在所述电容第二极和浮动扩散区域之间，对所述电容和浮动扩散区域进行隔离控制；复位晶体管，耦合至所述电容的第二极和增益控制晶体管，经复位控制信号重置所述电容第二极和增益控制晶体管的耦合点电位；以及源极跟随晶体管，耦合至所述浮动扩散区域，其放大输出所述像素信号。

如上所述的像素单元，进一步包括一行选择晶体管，耦合于所述源极跟随晶体管输出端，根据行选择控制信号对像素单元进行行输出控制。

如上所述的像素单元，其特征在于，所述增益控制晶体管通过控制所述电容是否电耦合到所述浮动扩散区域来改变所述浮动扩散区域的电容。

如上所述的像素单元，其特征在于，耦合至所述电容第一极的指定电压为固定电压或可变电压。

如上所述的像素单元，其特征在于，所述电容为器件电容或所述复位晶体管和所述增益控制晶体管的连接点对地产生的寄生电容。

根据本发明的另一个方面，提出一种成像装置，包括：像素单元阵列，其包括排列成行和列的多个像素单元，其中，每个所述像素单元包括：第一光电二极管，第一转移晶体管，耦合至浮动扩散区域并将所述第一光电二极管产生的电荷转移到浮动扩散区域；第二光电二极管，第二转移晶体管，耦合至浮动扩散区域并将第二光电二极管产生的电荷转移到浮动扩散区域，其中所述第二光电二极管的感光面积与所述第一光电二极管的感光面积不同；电容，其第一极耦合至指定电压；增益控制晶体管，其耦合在所述电容第二极和浮动扩散区域之间，对所述电容和浮动扩散区域进行隔离控制；复位晶体管，耦合至所述电容的第二极和增益控制晶体管，经复位控制信号重置所述电容第二极和增益控制晶体管的耦合点电位；以及源极跟随晶体管，耦合至所述浮动扩散区域，其放大输出所述像素信号；以及，外围电路，其控制所述像素单元阵列，并对所述像素单元阵列输出的图像信号进行量化和处理。

如上所述的成像装置，增益控制晶体管通过控制所述电容是否电耦合到所述浮动扩散区域来改变所述浮动扩散区域的电容。