[发明专利]支持多种曝光模式的HDR图像传感器像素结构及成像系统

说明书

本发明公开了一种支持多种曝光模式的HDR图像传感器像素结构及成像系统，该像素结构的复位晶体管的一端耦接至第一电压源，其另一端通过双转换增益控制单元耦接至浮动扩散节点；其光电二极管通过滚动曝光传输单元耦接至浮动扩散节点；同时，该光电二极管还通过全局曝光传输单元耦接至浮动扩散节点或者耦接至双转换增益控制单元与复位晶体管之间的节点。由于使用了两种曝光模式传输单元来转移电荷，因而本发明的像素结构可以支持多种曝光模式，并且由于使用了双转换增益控制单元，使得本发明的像素结构可以支持DCG，从而具有高动态范围特性。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种支持多种曝光模式的HDR图像传感器像素结构及成像系统。

背景技术

近年来，CMOS图像传感器产业高速发展，图像传感器的芯片面积也越来越小，随着像素尺寸的减小，对图像传感器在大范围的光照条件(从低光条件变化到亮光条件)内执行的要求变得更难以实现。此性能能力通常称为具有高动态范围成像(HDR)。在常规图像捕获装置中，像素单元需要多次连续曝光以实现HDR。

为了提高图像传感器的动态范围，提出了各种新的像素单元结构，然而现有的各种像素单元结构一般仅能支持单一的曝光模式，从而限制了像素单元的应用场景。

因而，有必要对HDR图像传感器的像素结构进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持多种曝光模式的HDR图像传感器像素结构及成像系统，以解决现有的像素结构不能支持多种曝光模式的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种支持多种曝光模式的HDR图像传感器像素结构，包括：

光电二极管，用于累积光电效应产生的电荷以响应入射光；

复位晶体管，其第一端耦接至第一电压源，用于根据复位控制信号重置浮动扩散节点的电压；

双转换增益控制单元，耦接于所述复位晶体管的第二端与浮动扩散节点之间，用于实现增益控制和电荷存储；

滚动曝光传输单元，所述光电二极管通过所述滚动曝光传输单元耦接至所述浮动扩散节点；所述滚动曝光传输单元用于在滚动曝光模式或混合曝光模式下将所述光电二极管累积的电荷转移至所述浮动扩散节点；

全局曝光传输单元，所述光电二极管通过所述全局曝光传输单元耦接至所述浮动扩散节点或者耦接至所述双转换增益控制单元与复位晶体管之间的节点；所述全局曝光传输单元用于在全局曝光模式或混合曝光模式的曝光过程中将所述光电二极管累积的电荷进行存储，并在曝光结束后将存储的电荷转移至所述浮动扩散节点或者转移至所述浮动扩散节点与所述双转换增益控制单元；

输出单元，耦接至所述浮动扩散节点，用于对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出。

在本发明的一个实施例中，所述双转换增益控制单元包括双转换增益控制晶体管以及双转换增益电容器，所述双转换增益控制晶体管耦接于所述复位晶体管的第二端与浮动扩散节点之间；所述双转换增益电容器的第一端子耦接在所述双转换增益晶体管与复位晶体管之间的节点，其第二端子连接地端或连接至固定电压值。

在本发明的一个实施例中，所述双转换增益电容器为单独的电容器件或者为所述复位晶体管与所述双转换增益控制晶体管的连接点对地的寄生电容。

在本发明的一个实施例中，所述滚动曝光传输单元包括滚动曝光传输晶体管，所述光电二极管通过所述滚动曝光传输晶体管耦接至所述浮动扩散节点。