利用具有宽动态范围的图像传感器来获取图像的方法

专利名称：利用具有宽动态范围的图像传感器来获取图像的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用具有宽动态范围的图像传感器来获取图像的方法。
背景技术：
例如采用CMOS类型的工艺，能够容易地制造图像传感器。这种CMOS图像传感器可以用于，例如，制造适于诸如手表的小尺寸便携式仪表的照相装置。对于这些由电池或蓄电池供电的仪表，需要降低其中的各电子部件的电力消耗。于是，需要制造所述图像传感器，以在图像摄取或处理操作时消耗少量电能。
得益于当前的集成工艺，这种类型的图像传感器在同一芯片上包括由一组像素(pixel)形成的光敏单元，以及用于进行图像摄取操作以及读取由光敏单元获取的信息的处理部件。通常以按行和列排列的矩阵的形式来组织所述像素。所述矩阵占据了传感器表面的大部分。为了读取所述矩阵的特定像素，对相应的行和列进行寻址。因此，传感器常规地包括与矩阵的行相连接的行寻址电路，以及与矩阵的列相连接的输出总线，它们都由控制电路进行控制。
由半导体衬底的p-n结电容器形成单元像素(cell pixel)的光电检测器元件，以捕获光子。通常将这些结电容器称为光电二极管，其具有与标准CMOS制造过程互相兼容的优点。
在正常的操作中，各光电二极管在给定电压，例如，0到2V下反向极化。由光电二极管捕获的光子对一个光电二极管电容器进行放电以生成电子-空穴对。电容器的相对电极收集这些电子-空穴对，从而减小在电容器端子的电压间隙(voltage gap)，使其在传感器的确定动态电压范围以内。传感器的动态电压范围小于光电二极管的极化电压，例如，等于1.5V，但是，这也并非限制性的条件。
所述矩阵的各像素具有与图1所示相一致的结构，其等同于相同申请人的EP专利1 128 661中图2B的结构，在此引用了其中的有关图2B的描述以及获取图像的方法。像素1包括诸如反向极化的光电二极管PD的光电检测器元件，诸如电容器C1的存储装置以及五个晶体管M1到M5，例如，所述晶体管是n-MOS型晶体管。在累积(integration)或曝光期，光电二极管收集由光生成的电子，而在采样阶段，所述存储装置存储出现在光电二极管PD端子的电压值。
晶体管M1在电压源的高供电端子VDD和低供电端子VSS之间与光电二极管串联，其中未示出所述电压源。根据现有技术，由通过其栅极端子的初始化信号TI控制此晶体管M1，该晶体管M1在各累积或曝光期之前将光电二极管PD初始化或重置为确定电压。
晶体管M2将电容器C1连接到在晶体管M1和光电二极管PD之间的连接结点。由采样信号SH控制此晶体管M2，该晶体管M2对由光电二极管PD累积的电荷进行采样，并在所述电容器中存储采样所得的信号。晶体管M2还隔离或断开光电二极管PD和电容器C1。
晶体管M3在两个供电端子VDD和VSS之间与电容器C1串联。根据现有技术，由重置或初始化信号RST控制此晶体管M3，该晶体管M3将所述电容器初始化为确定电压。
晶体管M4是源跟随器晶体管，其栅极端子与在晶体管M3的源极端子和电容器C1之间的连接结点相连接，而其漏极端子与高供电端子VDD相连接。晶体管M4被安排与晶体管M5串联，该晶体管M5是行选择晶体管。晶体管M5由行选择信号RSEL控制，并且在所述读取处理期间将来自晶体管M4的电压传递到一列中的所有像素共用的输出总线上。
参考图2，描述了利用图像传感器获取图像的常规方法，其具有图1所示的各像素的结构。因而图2示出了用于操作图1的像素结构的控制信号TI、SH、RST和RSEL演化的时序图，并且其示意性地示出了光电二极管PD的电压VPD的演化以及跨电容器C1两端的电压V1的演化。
在第一初始化或重置阶段，第一和第二初始化信号TI和RST都得到接近于VDD的较高的正电压。这样，将各像素的光电二极管PD和电容器C1重置为确定的重置电压。采样信号SH处于低电平，从而使得晶体管M2不导通，其使得光电二极管PD和电容器C1断开。类似地，行选择信号RSEL处于低电平，从而使得行选择晶体管M5不导通。然后，在光电二极管PD和电容器C1上的得到的电压VPD和V1的电平基本上等于所述确定的初始化电压。
在时刻t1初始化阶段的结束，第一初始化信号TI转到低电平使晶体管M1不导通，开始图像传感器的光电二极管PD的曝光或累积期间。通过照明的效果，光电二极管PD开始按照其各自接收的光量成比例地放电，如t1到t3之间的电压VPD的演化所示。初始化信号RST保持在高状态，以使得电容器C1保持处在接近于VDD的恒定电压电平。
在时刻t2的确定曝光期之后，第二初始化信号RST转到低电平，从而释放电容器C1中的存储结点(memory node)。采样信号SH然后简单地转到高电平，使晶体管M2导通。这使得光电二极管PD上出现的电压值被采样，并被存储在电容器C1中。因而，电容器C1两端的电压V1如图2所示演化。在时刻t3，传感器曝光期结束。各像素的电容器在其存储器中保持光电二极管的电压值，作为其照明的函数，只要晶体管M2不导通。
一旦将所述电压值存储在电容器C1中，第一初始化信号TI再次达到某电平，从而使得各光电二极管被再次初始化为基本上等于接近VDD的初始化电压。因而，存储在传感器各像素的电容器中的采样电压不受载流子扩散现象的干扰，从而在此电容器中出现的电压保持稳定。在时刻t4，出现连续为传感器的各行像素读取存储在所述电容器中的电压值的阶段。
在确定的曝光期，当摄取了图像时，由各光电二极管摄取的光子数目越多，光电二极管电容器被放电越快。通常，在对光电二极管进行强照明的情况下，光电二极管电容器被快速放电到最小电压值，此最小电压值是传感器的动态电压范围的函数，没有在图2中对此进行说明。相反，在对光电二极管进行低或者平均(中等)照明的情况下，在光电二极管电容器端子的电压给出有关所摄取的图像的材料信息(material information)。为了在强以及弱照明下获得有关所摄取的图像的材料信息，在所定义的曝光期的结尾，传感器必须包括用于增加其动态电压范围的装置。
为了这样做，已经提出了各种用于增加图像传感器的动态范围的方法。例如，其中一种方法的组成是利用数字处理来合并在不同曝光时间摄取的两幅图像。由于这需要在存储器中存储图像，这使用了电路中的大量空间。因此，这不能应用于能够适用于小体积仪表的图像传感器。为了增加所述动态范围，也可以在图像传感器的光敏单元的像素中加入几个电子元件。然而在那种情况下，显著减小了在像素表面上的光收集表面比例，这是一个缺点。
也可以引用WO专利2004/064386，其公开了一种图像传感器，其具有用于扩展传感器动态范围的传递函数控制。反向极化的光电二极管被与电源两端之间的MOS型初始化或重置晶体管相串联。此MOS晶体管初始地将所述光电二极管充电到接近于电源的高电压值的第一确定初始化电压。然后，MOS晶体管被断开，以开始与电荷存储电容器并行的光电二极管的第一个长曝光期。作为光电二极管照明度(illumination level)的函数，所述电容器在所述第一曝光期内被程度不同地快速放电。如果对光电二极管进行强照明，最多可以将所述电容器放电到由传感器的动态范围所定义的最小电压值。
由处于比第一初始化电压更低的电平的MOS晶体管来实现第二光电二极管初始化操作。在对光电二极管进行低照明的情况下，第二初始化操作对光电二极管电压电平没有影响。相反，在对光电二极管进行强照明的情况下，所述光电二极管电压电平被初始化到比第一初始化电压更低的第二初始化电压。然后，MOS晶体管被再次断开，以开始光电二极管的第二个短曝光期。
在光电二极管的各个曝光期内，通过跟随器晶体管的组合来实现读取在电容器中的累积的电荷的操作。得益于光电二极管的至少两个曝光期，因而可以为被弱照明、平均(中等)照明或强照明的光电二极管获取材料信息，这具有扩展图像传感器的动态电压范围的效果。
在WO 2004/064386中提出的解决方案的一个缺点在于电荷存储电容器直接与光电二极管并行放置。于是，在每次光电二极管重置操作时，电容器也被初始化或重置到光电二极管电压电平。因而必须进行几种操作，以读取所述电容器中的电压值，这使得对于由各像素提供的信息的处理更加复杂。
还可以注意到，可使用单个初始化晶体管在每个曝光期之前初始化所述光电二极管。于是，在各个光电二极管初始化操作期间，需要将MOS晶体管的栅极电压调整为不同的电压电平，这使得图像传感器的制造更加复杂。

发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种通过简单的方式利用宽动态范围图像传感器来获取图像的方法，以在任何照明度上获得具有良好对比的图像，从而克服前述现有技术的缺点。此外，当使用它时，所述获取图像的方法使得所述图像传感器的电力消耗降低到最小，从而使其适用于小体积的仪表，例如手表。
因此，本发明涉及一种利用前述类型的宽动态范围图像传感器来获取图像的方法，其包括权利要求1中提到的特征。
从属权利要求2到7定义了优选实施例。
所述的获取图像的方法的一个优点在于这样的事实，在两个不同晶体管的控制下实现所述光电检测器元件的两次初始化操作。经由施加到其控制端子的已定义的控制电压通过仅对所述第一初始化晶体管进行操作来实现对所述光电检测器元件的第二初始化操作。这使得可将第二初始化电压提供给诸如反向极化的光电二极管的光电检测器元件，并且其小于所述第一初始化电压。
可通过从向第一晶体管的控制端子提供控制信号的控制电路的几个电平中选出一个电压电平来确定所述第二初始化电压。利用电阻分压器获得所述控制电路的各种电压电平，其中该电阻分压器优选地包括多于两个在各像素的连续电压源(continuous voltage source)的两个电源端子之间的串联的电阻器。通过开关晶体管的命令来获取所述电压电平的选择，其中所述开关晶体管连接了两个相邻电阻器的连接结点以及第一晶体管的控制端子。
有利地，诸如光电二极管的光电检测器元件的第二曝光期的长度远远短于第一曝光期，从而使得对于被强照明的光电二极管和被弱照明的光电二极管，都是在两个曝光期的结尾获得信息。优选地，第二曝光期的长度比第一曝光期的长度小20倍，这意味着可将其称为宽动态范围图像传感器。


参考附图，在以下描述中可以更清楚地看到利用宽动态范围图像传感器获取图像的方法的目的、优点和特征。
图1，已经被引用，其示意性示出了用于实施根据本发明的方法的图像传感器像素的已知结构；图2，已经被引用，其示出了时序图，该图阐明了施加于图1的像素结构的信号序列以及在现有技术的存储装置和光电检测器元件的端子的电压；图3示出了时序图，其阐明了在至少两个曝光期中的施加于图1的像素结构的信号序列以及在根据本发明的方法的存储装置和光电检测器元件的端子的电压；图4示出了用于实施根据本发明的方法的图像传感器的像素的初始化晶体管的控制电路。
具体实施例方式
以下将基于以上所述的图1中示出的像素结构优选地描述利用宽动态范围图像传感器来获取图像的方法。在图1的实施例中，五个晶体管M1到M5优选地是以CMOS工艺制造的n-MOS晶体管。
第一初始化晶体管M1的漏极端子被连接到未示出的连续电压源的高供电端子VDD。晶体管M1的源极端被连接到光电检测器元件，其中所述光电检测器是被连接到所述电压源的低供电端子VSS的反向极化的光电二极管PD。由施加在晶体管栅极端子的控制信号TI来控制晶体管M1的导通。如下参考图4所解释的，控制信号TI的高电压电平能够被调整为由传感器的光感单元所摄取的图像的一般照明度的函数。
第二采样晶体管M2的漏极端子被连接到第一晶体管M1和光电二极管PD的连接结点，而第二晶体管M2的源极端子被连接到作为存储装置的电容器C1的一端。由施加于第二晶体管M2栅极端子的采样信号SH控制该第二晶体管M2的导通。可以通过在存储结点级别的半导体衬底仅由p-n结形成电容器C1。
第三初始化晶体管M3的漏极端子被连接到高供电端子VDD，而其源极端子被连接到电容器C1的存储结点。由施加于其栅极端子的控制信号RST控制第三晶体管M3的导通。
第四跟随器晶体管M4的漏极端子被连接到高供电端子VDD。晶体管M4的栅极端子被连接到电容器C1的存储结点，而其源极端子被连接到晶体管M5的漏极端子。晶体管M5的源极端子能够在输出总线上提供输出信号OUTPUT，其中，在光敏单元矩阵的一列中的所有像素共用所述输出总线。通过利用施加于其栅极端子的行选择信号RSEL导通的晶体管M5来读取由电容器存储的电压电平。
由在图中未示出的图像传感器的微处理单元来控制五个晶体管M1到M5的所有栅极端子控制信号。此描述没有提供任何有关所述微处理器单元处理所述信号的方式的信息，这是因为，其构成了本领域技术人员的一般知识的一部分。
可以注意到，所述方法能够被以类似的方式应用于任何其它类型的像素结构，该结构包括其它类型的五个晶体管M1到M5的排列、光电检测器元件PD以及存储装置C1。晶体管可以是p-MOS晶体管，而且光电二极管PD可以被连接到电压源的高供电端子VDD。也可以使用诸如双极晶体管的其它类型的晶体管。然而，这些双极晶体管比图1所示的MOS晶体管消耗更多的电能。于是，它们不适于制造能够适用于诸如手表的小尺寸便携式仪表的图像传感器。
在图3中，将参考图1的像素结构描述利用宽动态范围传感器来获取图像的方法的各个步骤。为了简化对所述获取图像的方法的步骤的描述，在图3中没有精确指出各阶段的各种期间。图像传感器的光感单元的光电二极管的曝光期通常被调整为将被感应的图像的平均照明度的函数。取决于所述平均照明度，可以将第一曝光期定义在35微秒和5秒之间。
在图像摄取操作开始时，通常首先在所述图像传感器的像素上初始化各个光电二极管和各个电容器。为了这样做，施加于图1所示的晶体管M2和M3各自的栅极端子的采样信号SH以及第一初始化控制信号RST处于高状态，其接近于所述像素的连续电压源的高电压VDD。在这种高状态下，第二采样晶体管和第三初始化晶体管处于导通状态。因此，接近于VDD的第一初始化电压被加在所述光电二极管和所述电容器上，如图所示分别为VPD和V1。在第一初始化阶段，来自第一初始化晶体管M1的栅极端子的控制信号TI处于接近于电压源的低电压VSS的低状态，以使得第一晶体管不导通。用于读取在电容器中存储的信息的跟随器晶体管M4和M5也处于不导通状态。
各光电二极管的第一曝光期在时刻t1开始。为了这样做，采样信号SH转到低状态，以使得第二采样信号不导通，并将光电二极管从电容器断开。被以接近VDD的第一初始化电压初始地充电的各光电二极管累积场载荷(field carrier)，即，获取表示确定的照明度的一定量的光子。于是，所述光电二极管在第一曝光期中被依照梯度逐渐放电，其中所述梯度是其照明的函数。
在强照明的情况下，光电二极管在第一曝光期的结束之前被快速放电到动态范围的最小电压值，如电压VPD图中的实线曲线所示。这表示光电二极管的饱和状态，对其能够观察到来自被强照明的像素的信息的损失。然而，在弱照明或平均(中等)照明的情况下，所述光电二极管被在第一曝光期的整个长度上逐渐放电，直到时刻t2，而不会达到虚线曲线所示的最小电压值。
在第一曝光期的结束时刻t2，单独通过图1的第一初始化晶体管M1为各个光电二极管进行第二重置或初始化操作。第一晶体管工作于其阈值电压之上的饱和模式。为了这样做，初始化信号TI在时刻t2到时刻t3的非常短的时间间隔内转到低于VDD的电压的高状态。这个第二光电二极管初始化的非常短的时间间隔可以防止在所摄取的图像中引入空间信息干扰。可以对使得第一晶体管导通的在初始化信号TI的高状态的电压电平进行选择，如随后参考图4所述。
已知第一晶体管的栅极电压被调整到低于电压VDD的电平，根据本发明的方法的主要特征，第二光电二极管初始化电压V2被定义为低于接近VDD的第一初始化电压。因此，对于被强照明或平均照明的光电二极管，所述光电二极管电压电平返回到该第二电压V2，如图3所示。然而，在对光电二极管进行弱照明的情况下，所述电压电平保持高于第二初始化电压V2。此电压电平在从t2到t3的较短的初始化期间保持恒定，但是由于在第一晶体管沟道内的部分向VDD注入而部分向光电二极管注入的正电荷，光电二极管电压电平会有微小增加。
各光电二极管的第二曝光期在时刻t3开始，在其中通过转到接近于低电压VSS的低状态的初始化信号TI而使第一晶体管不导通。从此时刻开始，各光电二极管被从作为其照明度的函数的在第二初始化期间定义的电压电平放电，直到时刻t5。第二曝光期被定义为远远短于第一曝光期，例如，比例为1∶20，从而使得各个被强照明的光电二极管不能达到最小饱和电压电平。可以将此比例定义为在1∶4和1∶100之间。这样，可以为被强照明的光电二极管以及被平均或弱照明的光电二极管获取在所述两次曝光期的结尾的具体信息。因而，得益于根据本发明的方法，在任何照明度下都能够通过所述图像传感器得到良好对比的图像。
在第二曝光期，需要将光电二极管的电压值VPD存储在所述电容器中。为了这样做，施加于第三晶体管的栅极端子的初始化信号RST在时刻t4必须首先从高状态转到低状态。因而，为了释放如曲线V1所示的事先被保持在接近于VDD的第一初始化电压的电容器，第三晶体管在时刻t4变得不导通。然后，在时刻t4和时刻t5之间向着第二采样期的结尾，需要使得第二采样晶体管暂时地导通。因而，施加于第二晶体管的栅极端子的采样信号SH需要暂时从低状态转到接近于电压VDD的高状态。当第二晶体管处于导通状态时，电荷从光电二极管转移到电容器。只要采样信号SH再次转到低状态，就可以将所述光电二极管电压值存储在所述电容器中。
存储在各电容器中的电压值提供了作为在所述曝光期的整个持续时间中由各光电二极管摄取的照明度的函数的具体信息。得益于这个对应于宽动态范围传感器的双曝光，可以在任何照明度上得到对比良好的图像。
在读取存储在各电容器中的电压值的操作之前，在时刻t5再次将各光电二极管初始化为第二初始化电压。为了这样做，初始化信号TI从低状态转到高状态，其电压电平被调整为低于VDD，以使第一晶体管导通。因此，在各像素的电容器中存储的电压值不受载流子扩散现象的干扰。因此，在所述电容器中出现的电压值保持恒定。
在时刻t6，开始读取存储在各电容器中的电压值的操作。根据在EP专利1 128 661中解释的已知技术来实现此读取操作，在该专利中有关此操作的描述在此引用作为参考。为了这样做，在所述读取过程中，在图1的每个第五晶体管M5的栅极端子逐行施加行选择信号RSEL。在所述读取操作期间，第一晶体管的初始化信号TI进入低状态，以使第一晶体管不导通。这样，在读取操作之后，可以实现新的图像摄取操作。
图4示出了一种控制电路，其能够向图1的像素结构的第一初始化晶体管的栅极端子提供已定义的初始化信号TI，以实施根据本发明的方法。需要调节被施加于将被导通的所述第一初始化晶体管的栅极端子的电压，使其低于接近于VDD的第一初始化电压，从而在第二曝光期之前重置或初始化所述光电二极管。例如，对于以0.25微米的TSMC工艺制造的传感器，所述供应电压VDD等于2.5V。为了这样做，所述电路包括电阻分压器，其由在供电端子VDD和VSS之间的至少两个串联的电阻器形成。在此例中，电阻分压器包括5个串联的电阻器R1到R5，各电阻器的值被选择以使得连续电压的几个电平适于第二光电二极管初始化。
例如，电阻器R5的值可以等于四个电阻器R1到R4的值之和，所述四个电阻器具有相同的值。在这种情况下，对于等于2.5V的供应电压VDD，在电阻器R4和R5之间的连接结点的电压等于1.25V，其中所述连接结点被连接到n-MOS型开关晶体管N4的漏极端子。在电阻器R3和R4之间的连接结点的电压等于1.56V，其中所述连接结点被连接到n-MOS型开关晶体管N3的漏极端子。在电阻器R2和R3之间的连接结点的电压等于1.87V，其中所述连接结点被连接到n-MOS型开关晶体管N2的漏极端子。最后，在电阻器R1和R2之间的连接结点的电压等于2.18V，其中所述连接结点被连接到n-MOS型开关晶体管N1的漏极端子。
晶体管N1、N2、N3和N4的源极端子被共同连接到图4中未示出的第一晶体管的栅极端子。依照图像传感器的微处理器单元中常规进行的编程，四个晶体管N1、N2、N3和N4中仅有一个被控制信号Sel1、Sel2、Sel3或Sel4在其栅极端子进行控制，以提供初始化信号TI。
开关晶体管N1、N2、N3或N4的各控制信号Sel1、Sel2、Sel3或Sel4的形状与第一晶体管的栅极端的控制信号TI等同。当所选的开关晶体管N1、N2、N3或N4的控制信号经由电子简化(electronic simplification)处于接近VDD的高状态，从而使所述开关晶体管导通时，向第一晶体管的栅极端子提供在两个电阻器的连接结点处出现的电压，其中所述连接结点被连接到所选择的开关晶体管。这样，由控制电路通过适当的栅极电压容易地使得所述光电二极管的第一初始化晶体管导通。当所述选择的开关晶体管的控制信号处于低状态时，被连接在第一晶体管的栅极端子和所述低电压端VSS之间的电阻器RSS可以容易地使得第二晶体管转到不导通状态。
从以上给出的描述，无须脱离由所附权利要求定义的本发明的范围，本领域技术人员能够修改得到利用宽动态范围图像传感器来获取图像的方法的多种变型。可以设想，在利用第三晶体管实现第一初始化以及利用第一晶体管实现第二或之后的初始化时，每个光电二极管有不止两个曝光期，以获取图像。作为照明度的函数，利用控制电路可以容易地将各光电二极管的第二初始化电压从一个图像改变为另一个。
权利要求
1.一种利用宽动态范围图像传感器来获取图像的方法，其以CMOS型的工艺制造，包括由一组像素(1)形成的光感单元，每个所述像素包括光电检测器元件(PD)，用于累积载流子作为其照明度的函数，第一初始化晶体管(M1)，其在电压源的两个供电端子之间被串联到所述光电检测器元件，存储装置(C1)，其能够经由第二采样晶体管(M2)被连接到所述光电检测器元件(PD)，以存储代表由所述光电检测器元件(PD)累积的所述载流子的电压电平，第三初始化晶体管(M3)，其在所述两个供电端子之间被串联到所述存储装置，以及第四和第五串联的晶体管(M4，M5)，其中所述第四晶体管的一个控制端子被连接到所述存储装置以读取存储在所述存储装置中的所述电压电平，其特征在于，所述方法包括如下一系列步骤a)控制所述第二和第三晶体管(M2，M3)的导通，以对所述光电检测器元件(PD)和所述存储装置(C1)的端子施加第一初始化电压，所述第一晶体管(M1)处于不导通状态，b)中断所述第二晶体管的导通以开始第一曝光期，在其中所述光电检测单元累积载流子作为所述摄取的照明度的函数，c)如果在所述光电检测器元件的端子的电压电平低于在所述第一曝光期的结尾的第二初始化电压(V2)，则控制所述第一晶体管(M1)的导通，以在所述光电检测器元件的端子施加所述第二初始化电压，其中所述第二初始化电压低于所述第一初始化电压，d)中断所述第一晶体管的导通以开始第二曝光期，其中所述光电检测单元累积载流子，e)在所述第二曝光期，在中断所述第三晶体管的导通之后，控制所述第二晶体管的导通，以在所述存储装置中存储所述光电检测器元件的电压电平，以及f)当所述第二晶体管处于不导通状态时，通过控制所述第四和第五晶体管的导通，读取在所述存储装置中存储的所述电压电平。
2.根据权利要求1的方法，每个所述像素包括反向极化的光电二极管(PD)，作为光电检测器元件，电容器(C1)，作为存储装置，以及五个n-MOS型的晶体管(M1到M5)，第一、第三和第四晶体管(M1，M3，M4)的一个漏极端子被连接到所述电压源的高供电端子(VDD)，所述第一晶体管的源极端子被连接到所述光电二极管的一个端子；所述第三晶体管的源极端子被连接到所述电容器的存储结点，第二晶体管(M2)的漏极端子被连接到在所述第一晶体管(M1)和所述光电二极管(PD)之间的连接结点，而所述第二晶体管的源极端子被连接到所述电容器的所述存储结点，其特征在于，在所述方法的步骤a)中，由施加在所述第二晶体管的栅极端子的采样信号(SH)控制所述第二晶体管的导通，其中所述第二晶体管处于接近于所述电压源的高电压的高状态，而由施加在所述第三晶体管的栅极端子的第一初始化信号(RST)控制所述第三晶体管的导通，其中所述第三晶体管处于接近于所述电压源的高电压的高状态，其特征还在于，在所述方法的步骤c)中，由施加在所述第一晶体管的栅极端子的第二初始化信号(TI)控制所述第一晶体管的导通，其中所述第一晶体管处于被调整为低于所述电压源的高电压的电压电平的高状态。
3.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中，各所述像素包括控制电路，用于向所述第一晶体管(M1)提供第二初始化信号(TI)，其中所述第一晶体管的电压电平被调整到所述高状态，所述控制电路包括电阻分压器，其具有在所述电压源的高供电端子(VDD)和低供电端子(VSS)之间的至少两个串联的电阻器(R1到R5)，以及至少一个开关晶体管(N1到N4)，所述开关晶体管的漏极端子被连接到相邻电阻器的连接结点且其源极端子被连接到所述第一晶体管的栅极端子，由其栅极端子的控制信号(Sel 1到Sel 4)控制所述开关晶体管，以使得所述晶体管导通或不导通，其特征在于，在所述方法的步骤c)中，通过经由所述开关晶体管将在所述两个相邻电阻器的连接结点出现的电压施加在其栅极端子来控制所述第一晶体管(M1)的导通，其中由处于接近于所述电压源的高电压的高状态的控制信号(Sel 1到Sel 4)使得所述开关晶体管导通。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述控制电路包括电阻分压器，其由在所述电压源的高供电端子和低供电端子之间串联的五个电阻器(R1到R5)以及用于将两个相邻电阻器的各连接结点连接到所述第一晶体管(M1)的栅极端子的四个开关晶体管(N1到N4)形成，仅一个被选择的由控制信号控制的开关晶体管向所述第一晶体管提供所述第二初始化信号(TI)，其特征在于，在所述方法的步骤c)中，基于先前获取的图像的平均照明度的测量，通过经由所述对应的开关晶体管在所述第一晶体管(M1)的栅极端子施加在选择的两个相邻电阻器的连接结点出现的电压，来控制所述第一晶体管的导通。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤b)中，中断所述第三晶体管的导通，以开始所述光电检测器元件的所述第一曝光期，其中所述光电检测器元件是光电二极管(PD)。
6.根据前述权利要求中任何一项的方法，其特征在于，在所述方法的步骤e)之后和步骤f)之前，控制所述第一晶体管(M1)的导通以将所述光电检测器元件初始化为低于所述第一初始化电压的所述第二初始化电压，并且在所述读取阶段的持续期间，所述第一晶体管保持处于导通状态，其中所述光电检测器元件是光电二极管(PD)。
7.根据前述权利要求中任何一项的方法，其特征在于，所述光电检测器元件的所述第一曝光期的长度被定义为所述光电检测器元件的所述第二曝光期的长度的4到100倍，优选地为20倍，其中，所述光电检测器元件是光电二极管。
全文摘要
利用宽动态范围图像传感器实现的获取图像的方法。所述方法如下首先，通过导通第二和第三晶体管，将电容器和光电二极管初始化为接近于电压源的高电压(VDD)的第一初始化电压，然后，使第二晶体管不导通，以开始所述光电二极管的第一个长曝光期。在所述第一曝光期的结尾，暂时地使得第一晶体管导通，以将所述光电二极管初始化为电平低于所述第一初始化电压的第二初始化电压，以开始第二个短曝光期。在所述第二短曝光期的结尾，将所述光电二极管的电压电平存储在所述电容器中，以通过第四和第五晶体管进行读取。
文档编号H04N5/355GK1984230SQ20061016568
公开日2007年6月20日 申请日期2006年12月12日 优先权日2005年12月12日
发明者L·赫尼略德, P·赫克 申请人:斯沃奇集团研究和开发有限公司