一種浮柵型圖像傳感器的大動(dòng)態(tài)范圍曝光方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出一種浮柵型圖像傳感器的大動(dòng)態(tài)范圍曝光方法，曝光時(shí)對(duì)像素單元的柵極加正壓，襯底加負(fù)壓，漏端浮空，源端加正壓或者浮空，其特征在于：當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)，提高柵極電壓或者降低襯底電壓；或者，當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，降低柵極電壓或者提高襯底電壓。本發(fā)明專利技術(shù)可以對(duì)不同光強(qiáng)進(jìn)行響應(yīng)，具有大動(dòng)態(tài)范圍，具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于圖像傳感器設(shè)計(jì)
，尤其涉及。
技術(shù)介紹
快閃存儲(chǔ)器有著廣泛的應(yīng)用，比如照相機(jī)、MP3等便攜式電子設(shè)備。快閃存儲(chǔ)器是通過其浮柵結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過編程操作注入電子到浮柵以提高存儲(chǔ)單元的閾值電壓來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)I的存儲(chǔ)，通過擦除操作拉出浮柵上的電子以降低存儲(chǔ)單元的閾值電壓來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)O的存儲(chǔ)。為了提高快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，一個(gè)常用的方法是采用多位存儲(chǔ)的方式，即通過控制浮柵上電子的數(shù)量和分布來實(shí)現(xiàn)2位以上數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。顯然，通過無限細(xì)分浮柵上電子的數(shù)量和分布可以用快閃存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)模擬值的存儲(chǔ)。更進(jìn)一步的，可以將快閃存儲(chǔ)器作為圖像傳感器使用，即圖像傳感器每個(gè)像素單元由一個(gè)浮柵結(jié)構(gòu)的像素單元構(gòu)成，通過將每個(gè)像素單元感應(yīng)到的光信號(hào)的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為注入到像素單元浮柵上電子數(shù)量的多少，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的連續(xù)檢測和成像。圖I是通用NOR構(gòu)架快閃存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)圖，所有存儲(chǔ)單元的源端連接到一起構(gòu)成源線SL，其中每一行存儲(chǔ)單元的柵極連接到一起構(gòu)成字線WL，每一列存儲(chǔ)單元的漏端連接到一起構(gòu)成位線BL，所有存儲(chǔ)單元放置在同一個(gè)襯底SUB上(圖中襯底SUB未畫出)。CMOS圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍一般在70dB左右，而一般戶外圖像的動(dòng)態(tài)范圍都在IOOdB以上，人眼的動(dòng)態(tài)范圍甚至可以達(dá)到200dB。有限的動(dòng)態(tài)范圍使得CMOS圖像傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域大大受限，目前常用的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)有多次采樣、條件重置、對(duì)數(shù)擴(kuò)展、線性對(duì)數(shù)復(fù)合響應(yīng)、勢阱容量調(diào)節(jié)、局部曝光等方法，但這些方法的實(shí)現(xiàn)都需要在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行較大的改變，對(duì)像素填充率、操作速度和功耗等都有一定的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述
技術(shù)介紹
中提到的快閃存儲(chǔ)器的操作原理，本專利技術(shù)提出一種浮柵型圖像傳感器的曝光方法，可以對(duì)不同光強(qiáng)進(jìn)行響應(yīng)，具有大動(dòng)態(tài)范圍，且本專利技術(shù)提出的曝光方法還具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)的，曝光時(shí)，對(duì)像素單元的柵極加正壓，襯底加負(fù)壓，漏端浮空，源端加正壓或者浮空，該方法包括當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)，提高柵極電壓或者降低襯底電壓；當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，降低柵極電壓或者提高襯底電壓。本專利技術(shù)提出的浮柵型圖像傳感器曝光操作只需要根據(jù)光強(qiáng)改變操作電壓，不需要修改像素單元結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍成像的情況下還具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術(shù)的實(shí)踐了解到。附圖說明本專利技術(shù)的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為通用NOR構(gòu)架快閃存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)圖。圖2為本專利技術(shù)提出的像素單元曝光操作加壓示意圖。圖3為本專利技術(shù)提出的基于NOR構(gòu)架像素陣列的曝光操作加壓方法的實(shí)施例。圖4為本專利技術(shù)提出的基于NOR構(gòu)架像素陣列的曝光操作加壓方法的又一實(shí)施例。具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本專利技術(shù)的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本專利技術(shù)，而不能理解為對(duì)本專利技術(shù)的限制。在本專利技術(shù)的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本專利技術(shù)和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本專利技術(shù)的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本專利技術(shù)的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以 上，除非另有明確具體的限定。在本專利技術(shù)中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本專利技術(shù)中的具體含義。在本專利技術(shù)中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。本專利技術(shù)提出了一種浮柵型圖像傳感器的曝光方法，可以對(duì)不同光強(qiáng)進(jìn)行響應(yīng)，具有大動(dòng)態(tài)范圍，且本專利技術(shù)提出的曝光方法還具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。圖I為通用NOR構(gòu)架快閃存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示是本專利技術(shù)提出的像素單元曝光操作加壓示意圖。曝光時(shí)，對(duì)像素單元的柵極加正壓AV(比如5V)，襯底加負(fù)壓Vsub(比如-3V)，漏端浮空，源端加正壓Va(比如IV)或者浮空。曝光結(jié)束后，浮柵上的電子數(shù)和光的強(qiáng)度成正比關(guān)系，即光越強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致有更多的電子進(jìn)入浮柵，進(jìn)而導(dǎo)致像素單元的閾值電壓更高，信號(hào)讀取電路通過判斷像素單元的閾值電壓變化即可得到光強(qiáng)的信號(hào)，進(jìn)而可以成像。一般地，電子不能無限制進(jìn)入像素單元的浮柵，會(huì)存在飽和現(xiàn)象，即對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)范圍有限，或者說動(dòng)態(tài)范圍有限。另一方面，在相同的光強(qiáng)度下，更改加載到像素單元柵極、襯底和源端的電壓也會(huì)影響進(jìn)入浮柵的電子數(shù)，增加字線電壓V (比如由5V增加到6V)或者降低襯底電壓Vsub (比如由-3V降低到-4V)都會(huì)增加進(jìn)入浮柵的電子數(shù)。總之，曝光時(shí)像素單元的加壓大小和光強(qiáng)大小都對(duì)最終進(jìn)入浮柵的電數(shù)子，即最終的成像效果起作用。因此系統(tǒng)可以根據(jù)光強(qiáng)大小調(diào)節(jié)像素單元的加壓大小來提高動(dòng)態(tài)范圍。在中等光強(qiáng)下，對(duì)像素單元的柵極加正壓Vwl (比如5V)，襯底加負(fù)壓Vsub (比如-3V)，漏端浮空，源端加正壓Va (比如IV)或者浮空，曝光結(jié)束后，浮柵上的電子數(shù)num和光的強(qiáng)度成正比關(guān)系，且分布在一個(gè)合適的范圍內(nèi)(比如k〈num〈l，其中k和I為系統(tǒng)預(yù)設(shè)值)。在光強(qiáng)較弱的情況下，為了提高對(duì)光的響應(yīng)，提高圖像暗部的細(xì)節(jié)，可以增加字線電壓VWl (比如由5V增加到6V)或者降低襯底電壓Vsiffi (比如由-3V降低到-4V)，且光強(qiáng)越弱，字線電壓V增加越多或者襯底電壓Vsub降低越多，使得最終進(jìn)入浮柵的電子數(shù)num分布在一個(gè)合適的范圍內(nèi)(比如k〈num〈l，其中k和I為系統(tǒng)預(yù)設(shè)值)。在光強(qiáng)較強(qiáng)的情況下，為了降低對(duì)光的響應(yīng)，避免出現(xiàn)圖像飽和現(xiàn)象，提高圖像亮部的細(xì)節(jié)，可以降低字線電壓AV (比如由5V降低到4V)或者提高襯底電壓Vsub (比如由-3V提高到-2V)，且光強(qiáng)越強(qiáng)，字線電壓AV降低越多或者襯底電壓Vsiffi增加越多，使得最終進(jìn)入浮柵的電子數(shù)num分布在一個(gè)合適的范圍內(nèi)(比如k〈num〈l，其中k和I為系統(tǒng)預(yù)設(shè)值)。通過以上調(diào)節(jié)像素單元成像時(shí)操作電壓的方法，像素單元可以對(duì)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種浮柵型圖像傳感器的大動(dòng)態(tài)范圍曝光方法，曝光時(shí)對(duì)像素單元的柵極加正壓，襯底加負(fù)壓，漏端浮空，源端加正壓或者浮空，其特征在于：？當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)，提高柵極電壓或者降低襯底電壓；或者？當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，降低柵極電壓或者提高襯底電壓。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：伍冬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：