[发明专利]一种基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构

说明书

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，提供一种基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，包括：彩色信号收集单元、黑白信号收集单元、第三转移晶体管TG3、复位晶体管RST、源极跟随器SF和行选择晶体管RS；所述黑白信号收集单元，包括：第一钳位光电二极管PPD1、第一转移晶体管TG1和第一浮置扩散电容FD1；所述彩色信号收集单元，包括：第二钳位光电二极管PPD2、第二转移晶体管TG2和第二浮置扩散电容FD2。本发明能够在同一CMOS图像传感器中分别获得高灵敏度的黑白图像信号和彩色图像信号。

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，尤其涉及一种基于仿生视觉的 CMOS图像传感器像素结构。

背景技术

随着半导体技术的飞速发展，CMOS图像传感器的应用范围已经扩大到智能汽车、监控安保、机器视觉和消费产品等领域。尤其在微光成像应用中，满阱容量、噪声、动态范围、灵敏度和信噪比等参数将直接影响成像效果。为了提升相机在微光环境下的成像性能，产生了一种通过对暗场黑白图像和暗场彩色图像进行加权合成从而实现暗场增强的图像处理技术。

目前，为了获得一幅高响应度的黑白图像和一幅彩色图像，通常采用一个彩色摄像头与一个黑白摄像头组合的方案。目前的CMOS图像传感器像素采用4T像素结构，可以实现读出信号的同时进行下一帧的曝光，但是这种结构只能实现一种图像的获取，即黑白图像或者彩色图像，无法在同一像素中同时获取两种图像。

发明内容

本发明主要解决现有技术的CMOS图像传感器上无法同时获得黑白图像信号和彩色图像信号的技术问题，提出一种基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，以在同一CMOS图像传感器中分别获得高灵敏度的黑白图像信号和彩色图像信号。

本发明提供了一种基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构，包括：彩色信号收集单元、黑白信号收集单元、第三转移晶体管TG3、复位晶体管 RST、源极跟随器SF和行选择晶体管RS；

所述黑白信号收集单元，包括：第一钳位光电二极管PPD1、第一转移晶体管TG1和第一浮置扩散电容FD1；所述第一钳位光电二极管PPD1无彩色滤光片；所述第一钳位光电二极管PPD1反向偏置，所述第一钳位光电二极管PPD1的阳极接地、阴极与第一转移晶体管TG1漏极相接；所述第一转移晶体管TG1的源极与第一浮置扩散电容FD1的第一端子相接；所述第一浮置扩散电容FD1的第二端子接地；

所述彩色信号收集单元，包括：第二钳位光电二极管PPD2、第二转移晶体管TG2和第二浮置扩散电容FD2；所述第二钳位光电二极管PPD2有彩色滤光片；所述第二钳位光电二极管PPD2反向偏置，所述第二钳位光电二极管 PPD2的阳极接地、阴极与第二转移晶体管TG2漏极相接；所述第二转移晶体管 TG2的源极与第二浮置扩散电容FD2的第一端子相接；所述浮置扩散电容FD2 的第一端子与第三转移晶体管TG3的漏极相接；

所述转移晶体管TG3的源极与第一浮置扩散电容FD1的第一端子相接，并与复位晶体管RST的源极和源极跟随器SF的栅极相连；

所述复位晶体管RST的漏极与电源电压VDD相连；

所述源极跟随器SF的漏极与电源电压VDD相连；所述源极跟随器SF的源极与行选择晶体管RS的漏极相连。

优选的，所述行选择晶体管RS的源极与读出电路相连。

优选的，所述第一浮置扩散电容FD1的电容为5至10fF。

优选的，所述第二浮置扩散电容FD2的电容为700至1000fF。

优选的，所述基于仿生视觉的CMOS图像传感器像素结构的工作时序控制过程：