本發(fā)明涉及圖像傳感器，特別是涉及一種圖像傳感器及控制方法。

背景技術：

1、根據(jù)實際應用需求，部分圖像傳感器需要雙增益轉換分別量化圖像信號，并且用不同增益的轉換相互補償，以得到更高動態(tài)范圍的圖像。

2、為實現(xiàn)這一效果，像素在量化時需要分別對光電二極管進行高增益轉換和低增益轉換；并且，為實現(xiàn)更好的互相補償效果，兩次增益轉換之間不能有實際的信號損失。同時，由于像素讀取時需要相關雙采樣的降噪功能，因此，為實現(xiàn)不同增益轉換的相互補償，通常信號量化順序為lcg_rst(低增益轉換的復位信號)、hcg_rst(高增益轉換的復位信號)、hcg_sig(高增益轉換的圖像信號)、lcg_sig(低增益轉換的圖像信號)；其中l(wèi)cg_rst和lcg_sig實際為不完全的相關雙采樣。

3、在常規(guī)卷簾式曝光的圖像傳感器中，可以通過后級電路設計，暫存lcg_rst以便完成后續(xù)與lcg_sig的不完全相關雙采樣。但在全局曝光的圖像傳感器中，信號存儲部分設置在像素中，這就需要全局曝光的傳感器像素有多個存儲部(通?！?)，這大大占據(jù)了像素的空間，提高了設計難度。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像傳感器及控制方法，用于解決現(xiàn)有圖像傳感器因過多存儲部占據(jù)大量像素空間導致電路設計難度大的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，包括：信號生成單元、緩存單元、存儲單元和信號輸出單元；其中：

3、所述信號生成單元基于不同的轉換增益模式生成低增益圖像信號、高增益復位信號和高增益圖像信號；

4、所述緩存單元與所述信號生成單元耦接，至少用于緩存所述低增益圖像信號；

5、所述存儲單元與所述信號生成單元和所述緩存單元耦接，用于存儲所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號；其中，所述低增益圖像信號由所述緩存單元提供，其余信號由所述信號生成單元提供；

6、所述信號輸出單元與所述存儲單元耦接，用于輸出所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號。

7、可選地，所述信號生成單元還生成低增益復位信號；此時，所述緩存單元用于緩存所述低增益復位信號或所述低增益圖像信號；所述存儲單元用于存儲所述低增益復位信號、所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號，其中，所述低增益復位信號或所述低增益圖像信號由所述緩存單元提供，其余信號由所述信號生成單元提供；所述信號輸出單元用于輸出所述低增益復位信號、所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號。

8、可選地，所述緩存單元包括：第一控制晶體管、第二控制晶體管和第一存儲器件；

9、所述第一控制晶體管的控制端接收第一控制信號，第一端耦接所述信號生成單元的輸出端，第二端耦接所述第一存儲器件和所述第二控制晶體管的第一端；

10、所述第一存儲器件的第二端耦接第一參考電位；

11、所述第二控制晶體管的控制端接收第二控制信號，第二端作為所述緩存單元的輸出端。

12、可選地，所述存儲單元包括：第三控制晶體管、第四控制晶體管、第二存儲器件和第三存儲器件；

13、所述第三控制晶體管的控制端接收第三控制信號，第一端耦接所述信號生成單元的輸出端，第二端耦接所述第二存儲器件和所述第四控制晶體管的第一端；

14、所述第二存儲器件的第二端耦接第二參考電位；

15、所述第四控制晶體管的控制端接收第四控制信號，第二端耦接所述第三存儲器件的第一端；

16、所述第三存儲器件的第一端耦接所述緩存單元的輸出端并作為所述存儲單元的輸出端，第二端耦接第三參考電位。

17、可選地，所述存儲單元還包括：第五控制晶體管和/或第六控制晶體管；

18、所述第五控制晶體管的控制端接收第五控制信號，第一端耦接所述信號生成單元的輸出端，第二端耦接所述第三存儲器件的第一端；

19、所述第六控制晶體管的控制端接收第六控制信號，第一端耦接第一可變電位，第二端耦接所述第三存儲器件的第一端。

20、可選地，所述信號生成單元包括：感光單元、浮動擴散節(jié)點、復位單元、增益控制單元和放大輸出單元；其中：

21、所述感光單元接收光信號并基于所述光信號生成電荷信號轉移至所述浮動擴散節(jié)點；

22、所述復位單元耦接至所述浮動擴散節(jié)點，用于對所述浮動擴散節(jié)點復位；

23、所述增益控制單元耦接至所述浮動擴散節(jié)點，用于切換不同的轉換增益模式，以基于所述浮動擴散節(jié)點生成所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號；

24、所述放大輸出單元耦接至所述浮動擴散節(jié)點，用于輸出所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號。

25、可選地，所述感光單元包括至少一個感光元件和與之對應的傳輸晶體管；所述傳輸晶體管的控制端接收傳輸控制信號，第一端耦接至所述浮動擴散節(jié)點，第二端耦接所述感光元件的第一端，所述感光元件的第二端耦接第四參考電位；

26、和/或，所述復位單元包括復位晶體管，控制端接收復位控制信號，第一端耦接第一電源電位，第二端耦接至所述浮動擴散節(jié)點；

27、和/或，所述放大輸出單元包括第一源跟隨晶體管，控制端耦接至所述浮動擴散節(jié)點，第一端耦接第二可變電位，第二端作為所述信號生成單元的輸出端。

28、可選地，所述增益控制單元包括第一增益晶體管和溢出電容；其中，所述第一增益晶體管耦接于所述復位單元和所述浮動擴散節(jié)點之間，所述溢出電容耦接于所述復位單元與所述第一增益晶體管的耦接節(jié)點和第五參考電位之間；或者，所述第一增益晶體管和所述溢出電容串聯(lián)耦接至所述浮動擴散節(jié)點。

29、可選地，所述增益控制單元還包括：至少一個第二增益晶體管；在所述第一增益晶體管耦接于所述復位單元和所述浮動擴散節(jié)點之間時，所述第二增益晶體管耦接于所述第一增益晶體管和所述浮動擴散節(jié)點之間；在所述第一增益晶體管和所述溢出電容串聯(lián)耦接至所述浮動擴散節(jié)點時，所述第二增益晶體管耦接于所述復位單元和所述浮動擴散節(jié)點之間。

30、可選地，所述圖像傳感器還包括：與所述第二增益晶體管配套的存儲單元，用于存儲相應轉換增益模式下的復位信號和圖像信號；其中，所述配套的存儲單元包括：第七控制晶體管、第八控制晶體管、第九控制晶體管、第四存儲器件和第五存儲器件；

31、所述第七控制晶體管的控制端接收第七控制信號，第一端耦接所述信號生成單元的輸出端，第二端耦接所述第四存儲器件和所述第八控制晶體管的第一端；所述第四存儲器件的第二端耦接第六參考電位；所述第八控制晶體管的控制端接收第八控制信號，第二端耦接所述第五存儲器件和所述第九控制晶體管的第一端；所述第五存儲器件的第二端耦接第七參考電位；所述第九控制晶體管的控制端接收第九控制信號，第二端作為所述配套的存儲單元的輸出端。

32、可選地，所述信號輸出單元包括：第二源跟隨晶體管和選擇晶體管；所述第二源跟隨晶體管的控制端耦接所述存儲單元的輸出端，第一端耦接第二電源電位，第二端耦接所述選擇晶體管的第一端；所述選擇晶體管的控制端接收選擇控制信號，第二端作為所述信號輸出單元的輸出端以耦接至列線；

33、或者，所述信號輸出單元包括兩個子單元，分別耦接所述緩存單元和所述存儲單元的輸出端以輸出相應信號，其中，兩個所述子單元耦接至相同或不同的列線；此時，所述存儲單元不與所述緩存單元耦接，所述存儲單元不再存儲所述緩存單元中的信號。

34、可選地，所述圖像傳感器還包括：滾動曝光晶體管，耦接于所述信號生成單元的輸出端和列線之間。

35、本發(fā)明還提供一種如上任意一項所述圖像傳感器的控制方法，包括：基于所述存儲單元分別存儲所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號，基于所述緩存單元緩存所述低增益圖像信號；其中，所述低增益圖像信號包括溢出信號。

36、可選地，在所述信號生成單元包括感光單元、復位單元、增益控制單元和放大輸出單元時，所述方法包括：

37、對所述圖像傳感器進行全局曝光；

38、控制所述復位單元和所述增益控制單元打開后關閉以得到所述高增益復位信號；

39、基于所述存儲單元存儲所述高增益復位信號；

40、控制所述感光單元進行電荷轉移得到所述高增益圖像信號，并基于所述存儲單元存儲所述高增益圖像信號；

41、控制所述增益控制單元打開并控制所述感光單元進行電荷轉移得到所述低增益圖像信號，并基于所述緩存單元緩存所述低增益圖像信號。

42、可選地，在所述緩存單元包括第一存儲器件且所述存儲單元包括第二存儲器件和第三存儲器件時，所述方法還包括：

43、得到所述高增益復位信號前，對所述第一存儲器件、所述第二存儲器件和所述第三存儲器件進行信號重置的步驟；

44、和/或，所述高增益圖像信號存儲前，對所述第二存儲器件進行信號重置的步驟；

45、和/或，所述溢出信號存儲前，對所述第一存儲器件進行信號重置的步驟；

46、和/或，在所述存儲單元包括第六控制晶體管時，所述高增益復位信號讀出后且所述低增益圖像信號讀出前，所述方法還包括：

47、基于所述第六控制晶體管獲取低增益復位信號并存儲至所述第三存儲器件中；

48、讀出所述低增益復位信號后，基于所述第一存儲器件和所述第三存儲器件對所述低增益圖像信號進行電荷重新分配并讀出。

49、本發(fā)明還提供一種如上任意一項所述圖像傳感器的控制方法，包括：基于所述緩存單元緩存低增益復位信號或所述低增益圖像信號，基于所述信號生成單元和所述緩存單元共同為所述存儲單元提供所述低增益復位信號、所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號和所述高增益圖像信號。

50、可選地，包括：第一操作：基于所述信號生成單元生成所述低增益復位信號、所述高增益復位信號、所述高增益圖像信號和所述低增益圖像信號；基于所述緩存單元緩存所述低增益復位信號；基于所述存儲單元和所述信號輸出單元將所述信號生成單元提供的所述高增益復位信號存儲并輸出，將所述信號生成單元提供的所述高增益圖像信號存儲并輸出，將所述緩存單元提供的所述低增益復位信號存儲并輸出，將所述信號生成單元提供的所述低增益圖像信號存儲并輸出；

51、和/或，第二操作：基于所述信號生成單元生成所述低增益圖像信號、所述高增益復位信號、所述高增益圖像信號和所述低增益復位信號；基于所述緩存單元緩存所述低增益圖像信號；基于所述存儲單元和所述信號輸出單元將所述信號生成單元提供的所述高增益復位信號存儲并輸出，將所述信號生成單元提供的所述高增益圖像信號存儲并輸出，將所述緩存單元提供的所述低增益圖像信號進行存儲并輸出，將所述信號生成單元提供的所述低增益復位信號存儲并輸出。

52、可選地，在所述信號生成單元包括感光單元、復位單元、增益控制單元和放大輸出單元時，所述方法包括：

53、對應所述第一操作，對所述圖像傳感器進行全局曝光；

54、控制所述增益控制單元打開且所述復位單元打開以得到所述低增益復位信號，并基于所述緩存單元緩存所述低增益復位信號；

55、控制所述增益控制單元關閉以得到所述高增益復位信號，并基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述高增益復位信號進行存儲并輸出；

56、控制所述感光單元進行電荷信號轉移得到所述高增益圖像信號，并基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述高增益圖像信號存儲并輸出；

57、基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述緩存單元中的所述低增益復位信號存儲并輸出；

58、控制所述增益控制單元打開并控制所述感光單元進行電荷信號轉移得到所述低增益圖像信號，基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述低增益圖像信號存儲并輸出；

59、和/或，對應所述第二操作，控制所述增益控制單元打開，對所述圖像傳感器進行全局曝光；

60、控制所述感光單元進行電荷信號轉移以得到所述低增益圖像信號，并基于所述緩存單元緩存所述低增益圖像信號；

61、控制所述復位單元打開后關閉，之后控制所述增益控制單元關閉以得到所述高增益復位信號，并基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述高增益復位信號進行存儲并輸出；

62、控制所述感光單元進行電荷信號轉移得到所述高增益圖像信號，并基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述高增益圖像信號存儲并輸出；

63、基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述緩存單元中的所述低增益圖像信號存儲并輸出；

64、控制所述增益控制單元打開且所述復位單元打開后關閉以得到所述低增益復位信號，并基于所述存儲單元和所述信號輸出單元對所述低增益復位信號存儲并輸出。

65、如上所述，本發(fā)明的一種圖像傳感器及控制方法，緩存單元與存儲單元配合使用，利用緩存單元對信號進行緩存，可以實現(xiàn)存儲單元中存儲器件的復用，以此降低單個像素電路中存儲器件的數(shù)量需求，最少僅通過三個存儲器件即可實現(xiàn)圖像傳感器在全局曝光下的pghdr操作。