[发明专利]像素单元及其成像方法和成像装置

说明书

本发明涉及像素单元及其成像方法以及成像装置。该像素单元包括第一像素子部分及第二像素子部分，第一像素子部分及第二像素子部分分别包括：至少一个光电转换支路，每个光电转换支路包括：光电二极管；转移晶体管，耦合至浮动扩散区域，其经控制将光电二极管的电荷转移到浮动扩散区域；位晶体管，其用于重置浮动扩散区域的电位；电容，其第一极耦合到指定电压；增益控制晶体管，其耦合在所述电容的第二极和浮动扩散区域之间，对电容与浮动扩散区域进行隔离控制；复位晶体管，耦合至电容及所述增益控制晶体管，经控制信号对所述电容及增益控制晶体管耦合点进行电压复位；源极跟随晶体管，耦合至浮动扩散区域，对浮动扩散区域的信号放大输出。

技术领域

本发明涉及成像领域，特别地涉及一种双转换增益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，包括第一像素子部分及第二像素子部分，所述第一像素子部分及第二像素子部分分别包括：至少一个光电转换支路，其中，每个所述光电转换支路包括：光电二极管；以及转移晶体管，耦合至浮动扩散区域，其经控制将光电二极管的电荷转移到浮动扩散区域；复位晶体管，其用于重置浮动扩散区域的电位；电容，其第一极耦合到指定电压；增益控制晶体管，其耦合在所述电容的第二极和浮动扩散区域之间，对所述电容与浮动扩散区域进行隔离控制；复位晶体管，耦合至电容及所述增益控制晶体管，经控制信号对所述电容及所述增益控制晶体管耦合点进行电压复位；源极跟随晶体管，耦合至所述浮动扩散区域，对浮动扩散区域的信号放大输出。

如上所述的像素单元，所述第一像素子部分及第二像素子部分进一步分别包含一行选择晶体管，分别耦合至所述第一像素子部分及第二像素子部分的源极跟随晶体管的输出端，经同一行选择控制信号对输出像素行进选择控制。

如上所述的像素单元，所述增益控制晶体管通过控制所述电容是否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，所述第一像素子部分的复位晶体管及第二像素子部分的复位晶体管共用同一复位控制信号。

如上所述的像素单元，其中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，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像素子部分及第二像素子部分，其中，所述第一像素子部分及第二像素子部分分别包括：一个或多个光电二极管；一个或多个转移晶体管，分别耦合至浮动扩散区域，将所述一个或多个光电二极管产生的电荷转移到浮动扩散区域；电容，其第一极耦合到指定电压；增益控制晶体管，其耦合在所述电容和浮动扩散区域之间，对所述电容与浮动扩散区域进行隔离控制；复位晶体管，耦合至电容及所述增益控制晶体管，经控制信号对所述电容及所述增益控制晶体管耦合点进行电压复位；源极跟随晶体管，其耦合至所述浮动扩散区域，对浮动扩散区域的信号放大输出；以及外围电路，其控制所述像素阵列，并对所述像素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，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。