JP2025513120A

JP2025513120A - Image sensor, image output method thereof, and photoelectron device

Info

Publication number: JP2025513120A
Application number: JP2023561096A
Authority: JP
Inventors: ▲デン▼堅; 査穎雲
Original assignee: Shenzhen Ruishizhixin Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Ruishizhixin Technology Co Ltd
Priority date: 2023-03-22
Filing date: 2023-05-31
Publication date: 2025-04-24
Also published as: US12395753B2; KR20240144855A; US20240323572A1

Abstract

The present invention provides an image sensor and its image output method, a photoelectron device. The image sensor includes a plurality of pixels, each pixel includes a photoelectric detection circuit, a signal reading circuit, a floating diffusion node, an integration capacitor, a transmission circuit, a self-adaptive power supply and a signal processing circuit, the floating diffusion node integrates the photoelectric charge in the integration capacitor to obtain an integration voltage, the signal processing circuit generates a logarithmic voltage and a logarithmic current, after the floating diffusion node receives the photoelectric charge, the target voltage is much smaller than the reference voltage, the node current of the floating diffusion node is a photocurrent corresponding to the photoelectric charge, the node voltage is an integration voltage, when the target voltage increases and approaches the reference voltage, the node current of the floating diffusion node becomes a logarithmic current, the node voltage becomes a logarithmic voltage, and finally the signal reading circuit outputs a corresponding image signal according to the node voltage (integration voltage or logarithmic voltage). The present invention has two different operation forms, integration and logarithm, which can better adapt to a changing environment.

Description

本発明は、感光素子の技術分野に関し、特に画像センサ及びその画像出力方法、光電子デバイスに関する。 The present invention relates to the technical field of photosensitive elements, and in particular to an image sensor and its image output method, and an optoelectronic device.

画像センサは、光電変換により自己感光面に照射された光信号を対応する電気信号に変換し、変換された電気信号に基づいて対応する画像を出力することができる。これは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ファクシミリ、イメージスキャナ及びデジタルテレビ等のさまざまな光電子デバイスに広く適用されている。関連する技術では、画像センサの動作形態の単純すぎることが多く、弱光と強光の間で変化する環境の変化にうまく適応することができず、画像センサの画質に重大な影響を及ぼすことがある。
そのため、既存の画像センサの構造を改善する必要がある。 The image sensor can convert the light signal irradiated on the self-photosensitive surface into a corresponding electrical signal through photoelectric conversion, and output a corresponding image according to the converted electrical signal. It is widely applied in various photoelectron devices such as digital cameras, video cameras, video recorders, facsimiles, image scanners and digital televisions. In the related technology, the operation form of the image sensor is often too simple, and it cannot well adapt to the change of the environment between weak light and strong light, which may seriously affect the image quality of the image sensor.
Therefore, there is a need to improve the structure of existing image sensors.

本発明は、従来技術における画像センサの動作形態が単純すぎるという問題を解決するために、画像センサ及びその画像出力方法、光電子デバイスを提供する。 The present invention provides an image sensor, its image output method, and an optoelectronic device to solve the problem that the operating mode of image sensors in the prior art is too simple.

従来技術における上記の技術的問題を解決するために、本発明の実施例第１観点は、画像センサであって、前記画像センサは、複数の画素からなる画素アレイを含み、画素は、浮遊拡散ノード、積分コンデンサ、光電検出回路、信号読取回路、自己適応電源、送信回路及び信号処理回路を含み、光電検出回路は送信回路を介して浮遊拡散ノードに接続され、浮遊拡散ノードは積分コンデンサを介して接地され、浮遊拡散ノードと積分コンデンサは信号読取回路に接続され、自己適応電源は信号処理回路を介して浮遊拡散ノードに接続される。具体的に、光電検出回路は、入射光を光電変換して対応する光電荷を取得する。送信回路は、光電荷を浮遊拡散ノードに送信する。信号処理回路は、対数電圧及び対数電流を生成する（対数電圧と対数電流とは対数関係を有する）。浮遊拡散ノードは、光電荷を積分コンデンサに積分して対応する積分電圧を取得し、浮遊拡散ノードが光電荷を受信した後、目標電圧（自己適応電源の自己適応電圧から浮遊拡散ノードのノード電圧を減算したもの）と参考電圧との差が予め設定された閾値よりも大きく、対数電流が光電荷に対応する光電流よりも小さいことで、浮遊拡散ノードのノード電流が光電荷に対応する光電流になり、ノード電圧が積分電圧になり、且つ目標電圧が時間の増加とともに増加する。目標電圧が増加して参考電圧との差が予め設定された閾値以下になった場合、対数電流は光電荷に対応する光電流よりも大きくなり、浮遊拡散ノードに流入することで、ノード電流が対数電流になり、ノード電圧が対数電圧になる。信号読取回路は、ノード電圧に基づいて対応する画像信号を出力する、画像センサを提供する。 In order to solve the above technical problems in the prior art, a first aspect of the embodiment of the present invention is an image sensor, the image sensor including a pixel array consisting of a plurality of pixels, the pixel including a floating diffusion node, an integrating capacitor, a photoelectric detection circuit, a signal reading circuit, a self-adaptive power supply, a transmitting circuit and a signal processing circuit, the photoelectric detection circuit is connected to the floating diffusion node via the transmitting circuit, the floating diffusion node is grounded via the integrating capacitor, the floating diffusion node and the integrating capacitor are connected to the signal reading circuit, and the self-adaptive power supply is connected to the floating diffusion node via the signal processing circuit. Specifically, the photoelectric detection circuit photoelectrically converts the incident light to obtain corresponding photocharges. The transmitting circuit transmits the photocharges to the floating diffusion node. The signal processing circuit generates a logarithmic voltage and a logarithmic current (the logarithmic voltage and the logarithmic current have a logarithmic relationship). The floating diffusion node integrates the photocharges in an integrating capacitor to obtain a corresponding integrated voltage. After the floating diffusion node receives the photocharges, the difference between the target voltage (the self-adaptive voltage of the self-adaptive power supply minus the node voltage of the floating diffusion node) and the reference voltage is greater than a preset threshold, and the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photocharges, so that the node current of the floating diffusion node becomes the photocurrent corresponding to the photocharges, the node voltage becomes the integrated voltage, and the target voltage increases with time. When the target voltage increases and the difference with the reference voltage becomes less than or equal to the preset threshold, the logarithmic current becomes larger than the photocurrent corresponding to the photocharges and flows into the floating diffusion node, so that the node current becomes the logarithmic current, and the node voltage becomes the logarithmic voltage. The signal reading circuit provides an image sensor that outputs a corresponding image signal according to the node voltage.

本発明実施例の第２観点は、画像センサに利用される画像出力方法であって、前記画像センサは、複数の画素からなる画素アレイを含み、画素は、浮遊拡散ノード、積分コンデンサ、光電検出回路、信号読取回路、自己適応電源、送信回路及び信号処理回路を含み、光電検出回路は送信回路を介して浮遊拡散ノードに接続され、浮遊拡散ノードは積分コンデンサを介して接地され、浮遊拡散ノードと積分コンデンサは信号読取回路に接続され、自己適応電源は信号処理回路を介して浮遊拡散ノードに接続される。具体的に、光電検出回路は、入射光を光電変換して対応する光電荷を取得する。送信回路は、光電荷を浮遊拡散ノードに送信する。信号処理回路は、対数電圧及び対数電流を生成する（対数電圧と対数電流とは対数関係を有する）。浮遊拡散ノードは、光電荷を積分コンデンサに積分して対応する積分電圧を取得し、浮遊拡散ノードが光電荷を受信した後、目標電圧（自己適応電源の自己適応電圧から浮遊拡散ノードのノード電圧を減算したもの）と参考電圧との差が予め設定された閾値よりも大きく、対数電流が光電荷に対応する光電流よりも小さいことで、浮遊拡散ノードのノード電流が光電荷に対応する光電流になり、ノード電圧が積分電圧になり、且つ目標電圧が時間の増加とともに増加する。目標電圧が増加して参考電圧との差が予め設定された閾値以下になった場合、対数電流は光電荷に対応する光電流よりも大きくなり、浮遊拡散ノードに流入することで、ノード電流が対数電流になり、ノード電圧が対数電圧になる。信号読取回路は、ノード電圧に基づいて対応する画像信号を出力する、画像出力方法を提供する。 A second aspect of the present embodiment is an image output method used in an image sensor, the image sensor including a pixel array consisting of a plurality of pixels, the pixel including a floating diffusion node, an integrating capacitor, a photoelectric detection circuit, a signal reading circuit, a self-adaptive power supply, a transmitting circuit and a signal processing circuit, the photoelectric detection circuit is connected to the floating diffusion node via the transmitting circuit, the floating diffusion node is grounded via the integrating capacitor, the floating diffusion node and the integrating capacitor are connected to the signal reading circuit, and the self-adaptive power supply is connected to the floating diffusion node via the signal processing circuit. Specifically, the photoelectric detection circuit photoelectrically converts the incident light to obtain corresponding photocharges. The transmitting circuit transmits the photocharges to the floating diffusion node. The signal processing circuit generates a logarithmic voltage and a logarithmic current (the logarithmic voltage and the logarithmic current have a logarithmic relationship). The floating diffusion node integrates the photocharges in an integrating capacitor to obtain a corresponding integrated voltage. After the floating diffusion node receives the photocharges, the difference between the target voltage (the self-adaptive voltage of the self-adaptive power supply minus the node voltage of the floating diffusion node) and the reference voltage is greater than a preset threshold, and the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photocharges, so that the node current of the floating diffusion node becomes the photocurrent corresponding to the photocharges, the node voltage becomes the integrated voltage, and the target voltage increases with time. When the target voltage increases and the difference with the reference voltage becomes equal to or smaller than the preset threshold, the logarithmic current becomes larger than the photocurrent corresponding to the photocharges and flows into the floating diffusion node, so that the node current becomes the logarithmic current, and the node voltage becomes the logarithmic voltage. The signal reading circuit outputs a corresponding image signal based on the node voltage, providing an image output method.

本発明の実施例の第３観点は、本発明の実施例の第１観点に記載の画像センサを含む光電子デバイスを提供する。 A third aspect of the present invention provides an optoelectronic device including an image sensor according to the first aspect of the present invention.

上記からわかるように、従来技術に比べて、本発明は以下の効果を有する。画像センサは、複数の画素から画素アレイを含み、画素は、浮遊拡散ノード、積分コンデンサ、光電検出回路、信号読取回路、送信回路、自己適応電源及び信号処理回路を含む。実際の応用において、光電検出回路は入射光を光電変換して対応する光電荷を取得し、送信回路は、光電荷を浮遊拡散ノードに送信し、浮遊拡散ノードが光電荷を受信した後、光電荷を積分コンデンサに積分して対応する積分電圧を取得すると同時に、信号処理回路は、対数関係の対数電圧及び対数電流を生成するが、浮遊拡散ノードが光電荷を受信した後、目標電圧と参照電圧との差が予め設定された閾値よりも大きいが、これは目標電圧が参考電圧よりもはるかに小さいことを表す。この場合、対数電流は光電荷に対応する光電流よりも小さく、つまり対数電流は浮遊拡散ノードに流入しないため、浮遊拡散ノードのノード電流は光電荷に対応する光電流となり、ノード電圧は積分電圧となるが、時間の増加とともに目標電圧も増加し、目標電圧が増加して参照電圧との差が予め設定された閾値以下になると、対数電流は増加して光電荷に対応する光電流よりも大きくなり、対数電流が浮遊拡散ノードに流入することになる。これにより、浮遊拡散ノードノード電流は対数電流となり、ノード電圧は対数電圧となり、最終的に信号読取回路がノード電圧（つまり積分電圧または対数電圧）に基づいて対応する画像信号を出力する。この過程から以下のことがわかる。本発明の画像センサは、単一の動作形態だけでなく、積分形態（ノード電圧は積分電圧であり、信号読取回路は積分電圧に基づいて対応する画像信号を出力する）及び対数形態（ノード電圧は対数電圧であり、信号読取回路は対数電圧に基づいて対応する画像信号を出力する）の２つの異なる動作形態を有することにより、画像センサが変化の多い環境に適応できるようになり、画像センサの画像品質を向上させる。弱光と強光の間での変化がある環境を例として挙げると、浮遊拡散ノードが光電荷を受信した後、入射光の光強度がまだ弱い状態にあり、この場合、目標電圧は参考電圧よりもはるかに小さく、画像センサの動作形態は積分形態であり、その暗光感度も光電荷に対する積分により向上されるため、画像センサの弱光環境における信号対雑音比を向上させ、低ノイズ特性を確保する。その後、時間の経過とともに入射光の光強度が徐々に増加するため、目標電圧も次第に増加していき、入射光の光強度が強い状態になると、目標電圧は参照電圧に非常に近くなる。この時、画像センサの動作形態は対数形態となり、対数形態の対数電圧は、光電検出回路のフルウェル電荷が生成可能な電圧を拡大させることで、画像センサの強光環境におけるダイナミックレンジを拡張させる。このように、本発明では、弱光と強光の間での変化がある環境においても、画像センサの多様な動作形態により画像センサの弱光環境における低ノイズ性と強光環境における高ダイナミックレンジを両立することができ、画像センサがいずれの場合でも高品質の画像を得ることが可能となる。 As can be seen from the above, compared with the prior art, the present invention has the following advantages: The image sensor includes a pixel array from a plurality of pixels, and the pixel includes a floating diffusion node, an integration capacitor, a photoelectric detection circuit, a signal reading circuit, a transmission circuit, a self-adaptive power supply and a signal processing circuit. In practical application, the photoelectric detection circuit performs photoelectric conversion of the incident light to obtain corresponding photoelectric charges, the transmission circuit transmits the photoelectric charges to the floating diffusion node, and after the floating diffusion node receives the photoelectric charges, it integrates the photoelectric charges in the integration capacitor to obtain the corresponding integrated voltage, at the same time, the signal processing circuit generates a logarithmic voltage and a logarithmic current in a logarithmic relationship, but after the floating diffusion node receives the photoelectric charges, the difference between the target voltage and the reference voltage is greater than the preset threshold, which represents that the target voltage is much smaller than the reference voltage. In this case, the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photocharge, that is, the logarithmic current does not flow into the floating diffusion node, so the node current of the floating diffusion node becomes the photocurrent corresponding to the photocharge, and the node voltage becomes the integral voltage, but as time increases, the target voltage also increases, and when the target voltage increases and the difference with the reference voltage becomes equal to or less than a preset threshold, the logarithmic current increases and becomes larger than the photocurrent corresponding to the photocharge, and the logarithmic current flows into the floating diffusion node. As a result, the floating diffusion node node current becomes a logarithmic current, and the node voltage becomes a logarithmic voltage, and finally the signal reading circuit outputs a corresponding image signal based on the node voltage (i.e., the integral voltage or the logarithmic voltage). From this process, the following can be seen. The image sensor of the present invention has not only a single operating form, but also two different operating forms, an integral form (the node voltage is an integral voltage, and the signal reading circuit outputs a corresponding image signal based on the integral voltage) and a logarithmic form (the node voltage is a logarithmic voltage, and the signal reading circuit outputs a corresponding image signal based on the logarithmic voltage), which allows the image sensor to adapt to a changing environment and improves the image quality of the image sensor. Taking an environment with changes between weak and strong light as an example, after the floating diffusion node receives the photocharge, the light intensity of the incident light is still in a weak state, in which case the target voltage is much smaller than the reference voltage, and the operation form of the image sensor is an integral form, and its dark light sensitivity is also improved by integration with respect to the photocharge, thereby improving the signal-to-noise ratio of the image sensor in a weak light environment and ensuring low noise characteristics. Then, as the light intensity of the incident light gradually increases over time, the target voltage also gradually increases, and when the light intensity of the incident light becomes strong, the target voltage becomes very close to the reference voltage. At this time, the operation form of the image sensor is a logarithmic form, and the logarithmic voltage of the logarithmic form expands the voltage that the full well charge of the photoelectric detection circuit can generate, thereby expanding the dynamic range of the image sensor in a strong light environment. In this way, in the present invention, even in an environment with changes between weak and strong light, the various operation forms of the image sensor can achieve both low noise in a weak light environment and a high dynamic range in a strong light environment, making it possible for the image sensor to obtain high quality images in either case.

関連技術または本発明の実施例の技術策についてより明確に説明するために、以下では関連技術または本発明の実施例の説明に必要な図面を簡単に紹介する。明らかなように、以下の説明に含まれる図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。当業者であれば、創造的な努力を要することなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
本発明の実施例により提供される画像センサにおける画素の第１種のモジュールブロック図である。本発明の実施例により提供される画像センサにおける画素の第２種のモジュールブロック図である。本発明の実施例により提供される画像センサにおける画素の回路構成概念図である。本発明の実施例により提供される浮遊拡散ノードの等価回路図である。本発明の実施例により提供される画像センサのタイミングチャートである。本発明の実施例により提供される画像出力方法のフローチャートである。 In order to more clearly describe the technical solutions of the related art or embodiments of the present invention, the following briefly introduces drawings necessary for describing the related art or embodiments of the present invention. It is obvious that the drawings included in the following description are only some embodiments of the present invention, and not all embodiments. Those skilled in the art can obtain other drawings based on these drawings without creative efforts.
FIG. 2 is a module block diagram of a first type of pixel in an image sensor provided by an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a module block diagram of a second type of pixel in an image sensor provided by an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a pixel in an image sensor provided according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a floating diffusion node provided by an embodiment of the present invention. 4 is a timing diagram of an image sensor provided according to an embodiment of the present invention. 4 is a flowchart of an image output method provided by an embodiment of the present invention.

本発明の目的、技術策、及び利点をより明確かつ理解しやすくするために、以下では本発明の実施例とそれに対応する図面を組み合わせて本発明を詳細かつ完全に説明する。ここで、同じまたは類似の符号は、同じまたは類似の素子または同じまたは類似の機能を有する素子を示すものとする。なお、以下で説明する本発明の各実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。本発明の実施形態に基づいて、創造的な努力をすることなく当業者によって得られる他の実施形態はすべて本発明の保護の範囲内に含まれている。また、以下で説明する本発明の各実施例に係技術的特徴は、相互に矛盾しない限り組み合わせてもよい。 In order to make the objectives, technical solutions and advantages of the present invention clearer and easier to understand, the present invention will be described in detail and completely below in combination with the embodiments of the present invention and the corresponding drawings. Here, the same or similar symbols indicate the same or similar elements or elements having the same or similar functions. It should be noted that each embodiment of the present invention described below is for the purpose of explaining the present invention, and does not limit the present invention. All other embodiments obtained by those skilled in the art based on the embodiments of the present invention without creative efforts are included in the scope of protection of the present invention. In addition, the technical features related to each embodiment of the present invention described below may be combined as long as they are not mutually contradictory.

画像センサは、自己感光面上の入射光を対応する電気信号に変換する素子であり、通常ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、相補型金属酸化膜半導体）画像センサ及びＤＶＳ（ＤｙｎａｍｉｃＶｉｓｉｏｎＳｅｎｓｏｒ、ダイナミックビジョンセンサー）を含む。ＣＭＯＳ画像センサは、ＡＰＳ（ＡｃｔｉｖｅＰｉｘｅｌＳｅｎｓｏｒ、アクティブピクセルセンサー）であり、ＤＶＳは、ＥＶＳ（Ｅｖｅｎｔ－ｂａｓｅｄＶｉｓｉｏｎＳｅｎｓｏｒ、イベントベースビジョンセンサー）である。関連技術では、画像センサの動作形態の単純すぎることが多く、弱光と強光の間で変化する環境にうまく適応することができず、画像センサの画質に重大な影響を及ぼすことがある。そのため、本発明の実施例では、光電子デバイスに適用可能な画像センサを提供する。光電子デバイスは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ファクシミリ、イメージスキャナ、デジタルテレビ等の入射光を対応する電気信号に変換するデバイスである。 An image sensor is an element that converts incident light on a self-sensitive surface into a corresponding electrical signal, and typically includes CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors and DVS (Dynamic Vision Sensors). The CMOS image sensor is an APS (Active Pixel Sensor), and the DVS is an EVS (Event-based Vision Sensor). In related art, the operation form of the image sensor is often too simple, and it cannot well adapt to the environment that changes between weak light and strong light, which may seriously affect the image quality of the image sensor. Therefore, an embodiment of the present invention provides an image sensor that can be applied to optoelectronic devices. Optoelectronic devices are devices used in digital cameras, video cameras, video recorders, facsimiles, image scanners, digital televisions, etc. that convert incident light into a corresponding electrical signal.

図１は、本発明の実施例により提供される画像センサにおける画素の第１種のモジュールブロック図である。幾つかの実施例において、画像センサ１００は、複数の画素からなる画素アレイを含み、画素は、浮遊拡散ノードＦＤ、積分コンデンサＣ、光電検出回路１１０、信号読取回路１４０、自己適応電源Ｖ_ａｄａ、送信回路１２０及び信号処理回路１３０を含む。光電検出回路１１０は、送信回路１２０を介して浮遊拡散ノードＦＤに接続され、浮遊拡散ノードＦＤは、積分コンデンサＣを介して接地され、浮遊拡散ノードＦＤと積分コンデンサＣは、それぞれ信号読取回路１４０に接続され、自己適応電源Ｖａｄａは、信号処理回路１３０を介して浮遊拡散ノードＦＤに接続される。本明細書において、自己適応電源Ｖ_ａｄａから浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧を減算したものを目標電圧と定義する。 1 is a first module block diagram of a pixel in an image sensor provided by an embodiment of the present invention. In some embodiments, the image sensor 100 includes a pixel array of a plurality of pixels, and the pixel includes a floating diffusion node FD, an integrating capacitor C, a photoelectric detection circuit 110, a signal reading circuit 140, a self-adaptive power supply V _ada , a transmitting circuit 120, and a signal processing circuit 130. The photoelectric detection circuit 110 is connected to the floating diffusion node FD through the transmitting circuit 120, the floating diffusion node FD is grounded through the integrating capacitor C, the floating diffusion node FD and the integrating capacitor C are respectively connected to the signal reading circuit 140, and the self-adaptive power supply V ada is connected to the floating diffusion node FD through the signal processing circuit 130. In this specification, the target voltage is defined as the self-adaptive power supply V _ada minus the node voltage of the floating diffusion node FD.

実際の応用において、光電検出回路１１０は、入射光を光電変換して対応する光電流を取得し、取得した光電流を積分して対応する光電荷を取得する。送信回路１２０は、光電検出回路１１０が蓄積した光電荷を浮遊拡散ノードＦＤに送信する。浮遊拡散ノードＦＤは、光電荷を受信すると、光電荷を積分コンデンサＣに積分する（積分コンデンサＣが浮遊拡散ノードＦＤに放電することに相当）ことで対応する積分電圧を取得する。同時に、信号処理回路１３０は、対数関係の対数電圧及び対数電流を生成するが、浮遊拡散ノードＦＤが光電荷を受信した後、目標電圧と参照電圧との差が予め設定された閾値よりも大きいが、これは目標電圧が参考電圧よりもはるかに小さいことを表す。この場合、対数電流は光電荷に対応する光電流よりも小さく、つまり対数電流は浮遊拡散ノードＦＤに流入しないため、浮遊拡散ノードＦＤのノード電流は光電荷に対応する光電流となり、ノード電圧は積分電圧となるが、時間の増加とともに目標電圧も増加し、目標電圧が増加して参照電圧との差が予め設定された閾値以下になると、対数電流は増加して光電荷に対応する光電流よりも大きくなり、対数電流が浮遊拡散ノードＦＤに流入することになる。これにより、浮遊拡散ノードＦＤノード電流は対数電流となり、ノード電圧は対数電圧となり、最終的に信号読取回路１４０がノード電圧（つまり積分電圧または対数電圧）に基づいて対応する画像信号を出力する。この過程から以下のことがわかる。本発明の実施例に係る画像センサは、単一の動作形態だけでなく、積分形態（ノード電圧は積分電圧であり、信号読取回路１４０は積分電圧に基づいて対応する画像信号を出力する）及び対数形態（ノード電圧は対数電圧であり、信号読取回路１４０は対数電圧に基づいて対応する画像信号を出力する）の２つの異なる動作形態を有することにより、画像センサが変化の多い環境に適応できるようになり、画像センサの画像品質を向上させる。 In practical application, the photoelectric detection circuit 110 photoelectrically converts the incident light to obtain a corresponding photocurrent, and integrates the obtained photocurrent to obtain a corresponding photocharge. The transmission circuit 120 transmits the photocharge accumulated by the photoelectric detection circuit 110 to the floating diffusion node FD. When the floating diffusion node FD receives the photocharge, it integrates the photocharge in the integrating capacitor C (corresponding to the integrating capacitor C discharging to the floating diffusion node FD) to obtain a corresponding integrated voltage. At the same time, the signal processing circuit 130 generates a logarithmic voltage and a logarithmic current in a logarithmic relationship, but after the floating diffusion node FD receives the photocharge, the difference between the target voltage and the reference voltage is greater than a preset threshold, which represents that the target voltage is much smaller than the reference voltage. In this case, the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photocharge, that is, the logarithmic current does not flow into the floating diffusion node FD, so the node current of the floating diffusion node FD becomes a photocurrent corresponding to the photocharge, and the node voltage becomes an integral voltage, but as time increases, the target voltage also increases, and when the target voltage increases and the difference with the reference voltage becomes equal to or less than a preset threshold, the logarithmic current increases and becomes larger than the photocurrent corresponding to the photocharge, and the logarithmic current flows into the floating diffusion node FD. As a result, the node current of the floating diffusion node FD becomes a logarithmic current, and the node voltage becomes a logarithmic voltage, and finally the signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal based on the node voltage (i.e., the integral voltage or logarithmic voltage). From this process, the following can be seen. The image sensor according to the embodiment of the present invention has not only a single operating mode, but also two different operating modes, an integral mode (the node voltage is an integral voltage, and the signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal based on the integral voltage) and a logarithmic mode (the node voltage is a logarithmic voltage, and the signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal based on the logarithmic voltage), which allows the image sensor to adapt to a changing environment and improves the image quality of the image sensor.

弱光と強光の間での変化がある環境を例として挙げると、浮遊拡散ノードＦＤが光電荷を受信した後、入射光の光強度がまだ弱い状態にあり、この場合、目標電圧は参考電圧よりもはるかに小さく、画像センサの動作形態は積分形態であり、その暗光感度も光電荷に対する積分により向上されるため、画像センサの弱光環境における信号対雑音比を向上させ、低ノイズ特性を確保する。その後、時間の経過とともに入射光の光強度が徐々に増加するため、目標電圧も次第に増加していき、入射光の光強度が強い状態になると、目標電圧は参照電圧に非常に近くなる。この時、画像センサの動作形態は対数形態となり、対数形態の対数電圧は、光電検出回路１１０のフルウェル電荷が生成可能な電圧を拡大させることで、画像センサの強光環境におけるダイナミックレンジを拡張させる。このように、本発明の実施例では、弱光と強光の間での変化がある環境においても、画像センサの多様な動作形態により画像センサの弱光環境における低ノイズ性と強光環境における高ダイナミックレンジを両立することができ、画像センサがいずれの場合でも高品質の画像を得ることが可能となる。 For example, in an environment where there is a change between weak light and strong light, after the floating diffusion node FD receives the photocharge, the light intensity of the incident light is still weak. In this case, the target voltage is much smaller than the reference voltage, and the operation form of the image sensor is an integral form, and its dark light sensitivity is also improved by integration with respect to the photocharge, thereby improving the signal-to-noise ratio in the weak light environment of the image sensor and ensuring low noise characteristics. Then, as the light intensity of the incident light gradually increases over time, the target voltage also gradually increases, and when the light intensity of the incident light becomes strong, the target voltage becomes very close to the reference voltage. At this time, the operation form of the image sensor is a logarithmic form, and the logarithmic voltage of the logarithmic form expands the voltage that the full well charge of the photoelectric detection circuit 110 can generate, thereby expanding the dynamic range of the image sensor in the strong light environment. In this way, in the embodiment of the present invention, even in an environment where there is a change between weak light and strong light, the various operation forms of the image sensor can achieve both low noise in the weak light environment and high dynamic range in the strong light environment, and the image sensor can obtain high quality images in either case.

更に、図２に示す本発明の実施例により提供される画像センサにおける画素の第２種のモジュールブロック図を参照されたい。画素は、浮遊拡散ノードＦＤ、積分コンデンサＣ、光電検出回路１１０、信号読取回路１４０、送信回路１２０、自己適応電源Ｖ_ａｄａ及び信号処理回路１３０に加えて、更に制御回路１５０を含み、前記制御回路１５０は送信回路１２０、信号処理回路１３０及び信号読取回路１４０に接続され、且つ前記制御回路１５０は送信回路１２０、信号処理回路１３０及び信号読取回路１４０の制御に用いられ、主に各回路内の各電子素子の動作状態を制御し、信号読取回路１４０により出力される画像信号に基づいて対応する画像を生成する。 Please refer to the second module block diagram of the pixel in the image sensor provided by the embodiment of the present invention shown in Fig. 2. In addition to the floating diffusion node FD, the integration capacitor C, the photoelectric detection circuit 110, the signal reading circuit 140, the transmitting circuit 120, the self-adaptive power supply _Vada and the signal processing circuit 130, the pixel further includes a control circuit 150, the control circuit 150 is connected to the transmitting circuit 120, the signal processing circuit 130 and the signal reading circuit 140, and the control circuit 150 is used to control the transmitting circuit 120, the signal processing circuit 130 and the signal reading circuit 140, mainly controls the operation state of each electronic element in each circuit, and generates a corresponding image according to the image signal output by the signal reading circuit 140.

１つの実施例として、図３の本発明の実施例により提供される画像センサにおける画素の回路構成概念図を参照すると、送信回路１２０は、送信トランジスタＴ０を含み、送信トランジスタＴ０の第１端は光電検出回路１１０に接続され、送信トランジスタＴ０の第２端は制御回路１５０に接続され、送信トランジスタＴ０の第３端は浮遊拡散ノードＦＤに接続される。実際の応用において、送信トランジスタＴ０は、制御回路１５０の制御によりタイミング要件に基づいて導通または遮断することができ、且つ送信トランジスタＴ０が導通している場合にのみ、浮遊拡散ノードＦＤは送信トランジスタＴ０を介して光電検出回路１００によって蓄積された光電荷を受信する。 As an example, referring to the circuit configuration conceptual diagram of a pixel in an image sensor provided by an embodiment of the present invention in FIG. 3, the transmission circuit 120 includes a transmission transistor T0, a first end of the transmission transistor T0 is connected to the photoelectric detection circuit 110, a second end of the transmission transistor T0 is connected to the control circuit 150, and a third end of the transmission transistor T0 is connected to the floating diffusion node FD. In practical application, the transmission transistor T0 can be turned on or off based on timing requirements under the control of the control circuit 150, and only when the transmission transistor T0 is turned on, the floating diffusion node FD receives the photoelectric charge accumulated by the photoelectric detection circuit 100 through the transmission transistor T0.

１つの実施例として、図３を参照すると、信号処理回路１３０は、リセット分岐回路１３２及び対数分岐回路１３１を含む。リセット分岐回路１３２及び対数分岐回路１３１は、それぞれ浮遊拡散ノードＦＤに接続され、リセット分岐回路１３２及び対数分岐回路１３１はそれぞれ制御回路１５０に接続され、自己適応電源Ｖ_ａｄａは、対数分岐回路１３１を介して浮遊拡散ノードＦＤに接続される。実際の応用において、浮遊拡散ノードＦＤが光電検出回路１１０によって蓄積された光電荷を受信する前に、リセット分岐回路１３２は、制御回路１５０の制御により浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧をリセットすることができ、リセット分岐回路１３２のリセット処理が完成すると、浮遊拡散ノードＦＤは、送信回路１２０を介して光電検出回路１１０からの光電荷を受信する。また、浮遊拡散ノードＦＤが光電荷を受信した後、対数分岐回路１３１は、対数関係の対数電流と対数電圧を生成し、且つ対数電圧は時間とともに増加し、対数電流の大きさは対数電圧の大きさと正の相関がある。本実施例において、浮遊拡散ノードＦＤが光電検出回路１１０によって蓄積された光電荷を受信した後、対数電流は光電荷に対応する光電流よりも小さい（目標電圧が参考電圧よりも遥かに小さい）。この場合、対数電流は浮遊拡散ノードＦＤに流入しない。即ち、浮遊拡散ノードＦＤのノード電流は光電荷に対応する光電流であり、ノード電圧は積分電圧であり、信号読取回路１４０は積分電圧に基づいて対応する画像信号を出力し、画素は積分形態で動作する。しかし、時間の増加とともに、対数電圧が増加し、対数電流の大きさは対数電圧の大きさと正の相関があるため、対数電流も増加する。そのため、対数電流が増加して光電荷に対応する光電流よりも大きくなった（つまり目標電圧が参考電圧に近づいた）場合、対数電流は浮遊拡散ノードＦＤに流入し、浮遊拡散ノードＦＤのノード電流は対数電流になり、ノード電圧は対数電圧になり、信号読取回路１４０は対数電圧に基づいて対応する画像信号を出力し、画素は対数形態で動作する。 3, as an embodiment, the signal processing circuit 130 includes a reset branch circuit 132 and a logarithmic branch circuit 131. The reset branch circuit 132 and the logarithmic branch circuit 131 are respectively connected to the floating diffusion node FD, the reset branch circuit 132 and the logarithmic branch circuit 131 are respectively connected to the control circuit 150, and the self-adaptive power supply V _ada is connected to the floating diffusion node FD through the logarithmic branch circuit 131. In practical application, before the floating diffusion node FD receives the photoelectric charge accumulated by the photoelectric detection circuit 110, the reset branch circuit 132 can reset the node voltage of the floating diffusion node FD under the control of the control circuit 150, and when the reset process of the reset branch circuit 132 is completed, the floating diffusion node FD receives the photoelectric charge from the photoelectric detection circuit 110 through the transmission circuit 120. In addition, after the floating diffusion node FD receives the photocharges, the logarithmic branch circuit 131 generates a logarithmic current and a logarithmic voltage in a logarithmic relationship, and the logarithmic voltage increases with time, and the magnitude of the logarithmic current is positively correlated with the magnitude of the logarithmic voltage. In this embodiment, after the floating diffusion node FD receives the photocharges accumulated by the photoelectric detection circuit 110, the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photocharges (the target voltage is much smaller than the reference voltage). In this case, the logarithmic current does not flow into the floating diffusion node FD. That is, the node current of the floating diffusion node FD is the photocurrent corresponding to the photocharges, and the node voltage is an integral voltage, and the signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal according to the integral voltage, and the pixel operates in an integral mode. However, with the increase in time, the logarithmic voltage increases, and the magnitude of the logarithmic current is positively correlated with the magnitude of the logarithmic voltage, so the logarithmic current also increases. Therefore, when the logarithmic current increases and becomes greater than the photocurrent corresponding to the photocharges (i.e., the target voltage approaches the reference voltage), the logarithmic current flows into the floating diffusion node FD, the node current of the floating diffusion node FD becomes a logarithmic current, the node voltage becomes a logarithmic voltage, the signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal based on the logarithmic voltage, and the pixel operates in a logarithmic mode.

本実施例の幾つかの実施形態において、図３を参照すると、対数分岐回路１３１は、リセットトランジスタＴ５及び第１スイッチトランジスタＴ２を含む。リセットトランジスタＴ５のゲート、ドレインは自己適応電源Ｖ_ａｄａに接続され、リセットトランジスタＴ５のソースは第１スイッチトランジスタＴ２のドレインに接続され、第１スイッチトランジスタＴ２のゲートは制御回路１５０に接続され、第１スイッチトランジスタＴ２のソースは浮遊拡散ノードＦＤに接続される。実際の応用において、第１スイッチトランジスタＴ２は、浮遊拡散ノードＦＤが光電検出回路１１０によって蓄積された光電荷を受信した後（つまりリセット分岐回路１３２の浮遊拡散ノードＦＤに対するリセット処理が完成した後）、制御回路１５０の制御により導通状態になる。リセットトランジスタＴ５は、浮遊拡散ノードＦＤが光電検出回路１１０によって蓄積された光電荷を受信した後、対数関係の対数電流と対数電圧を生成する。これらの実施形態において、リセットトランジスタＴ５のドレインソース電圧とドレインソース電圧電流との間に対数関係がある。そのため、対数電流はドレインソース電流であり、対数電圧はドレインソース電圧であり、参考電圧はリセットトランジスタＴ５の閾値電圧である。 In some embodiments of this embodiment, referring to FIG. 3, the logarithmic branch circuit 131 includes a reset transistor T5 and a first switch transistor T2. The gate and drain of the reset transistor T5 are connected to the self-adaptive power supply _Vada , the source of the reset transistor T5 is connected to the drain of the first switch transistor T2, the gate of the first switch transistor T2 is connected to the control circuit 150, and the source of the first switch transistor T2 is connected to the floating diffusion node FD. In practical application, the first switch transistor T2 is turned on under the control of the control circuit 150 after the floating diffusion node FD receives the photoelectric charge accumulated by the photoelectric detection circuit 110 (i.e., after the reset process for the floating diffusion node FD of the reset branch circuit 132 is completed). The reset transistor T5 generates a logarithmic current and a logarithmic voltage in a logarithmic relationship after the floating diffusion node FD receives the photoelectric charge accumulated by the photoelectric detection circuit 110. In these embodiments, there is a logarithmic relationship between the drain-source voltage and the drain-source voltage current of the reset transistor T5. Therefore, the log current is the drain-source current, the log voltage is the drain-source voltage, and the reference voltage is the threshold voltage of the reset transistor T5.

本実施例の幾つかの実施形態において、図３を参照すると、リセット分岐回路１３２は、リセット電源Ｖ_ｒｓｔ及び第２スイッチトランジスタＴ１を含む。第２スイッチトランジスタＴ１のドレインはリセット電源Ｖ_ｒｓｔに接続され、第２スイッチトランジスタＴ１のゲートは制御回路１５０に接続され、第２スイッチトランジスタＴ１のソースは浮遊拡散ノードＦＤに接続される。実際の応用において、浮遊拡散ノードＦＤが光電検出回路１１０によって蓄積された光電荷を受信する前に、第２スイッチトランジスタＴ１は制御回路１５０の制御により導通状態になり得、且つ第２スイッチトランジスタＴ１が導通している場合にのみ、リセット電源Ｖ_ｒｓｔが浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧を自身の電圧にリセットすることができる。 In some embodiments of this embodiment, referring to FIG. 3, the reset branch circuit 132 includes a reset power supply _Vrst and a second switch transistor T1. The drain of the second switch transistor T1 is connected to the reset power supply _Vrst , the gate of the second switch transistor T1 is connected to the control circuit 150, and the source of the second switch transistor T1 is connected to the floating diffusion node FD. In practical application, before the floating diffusion node FD receives the photoelectric charge accumulated by the photoelectric detection circuit 110, the second switch transistor T1 can be in a conductive state under the control of the control circuit 150, and only when the second switch transistor T1 is conductive can the reset power supply _Vrst reset the node voltage of the floating diffusion node FD to its own voltage.

本実施例において、浮遊拡散ノードＦＤが光電検出回路１１０によって蓄積された光電荷を受信した後、目標電圧と参考電圧との差が最初は予め設定された閾値よりも大きい（つまり最初目標電圧は参考電圧よりも遥かに小さい）。この時、対数電流は光電荷に対応する光電流よりも小さい（つまり対数電流は浮遊拡散ノードＦＤに流入しない）。そのため、浮遊拡散ノードＦＤのノード電流が光電荷に対応する光電流であり、ノード電圧は積分電圧であり、信号読取回路１４０はこの積分電圧に基づいて対応する画像信号を出力し、画像センサは積分形態にある。その後、時間の経過とともに、目標電圧が次第に増加し、目標電圧が増加して参考電圧との差が予め設定された閾値以下になると（つまり目標電圧がもはや参考電圧よりも遥かに小さい状態ではなく参考電圧に近づくと）、対数電流は増加して光電荷に対応する光電流よりも大きくなり、対数電流が浮遊拡散ノードＦＤに流入する。そのため、浮遊拡散ノードＦＤのノード電流は対数電流となり、ノード電圧は対数電圧となり、信号読取回路１４０はこの対数電圧に基づいて対応する画像信号を出力し、画像センサは対数形態になる。なお、目標電圧は自己適応電源Ｖ_ａｄａの自己適応電圧から浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧を減算したものであるため、本実施例では、自己適応電源Ｖ_ａｄａの電圧を合理的に設けることで、画像センサが自己適応的に積分形態と対数形態との間において変換可能となり、変化の多い環境により良く適応し、画像センサの画像品質を向上させることができる。画像センサの積分形態と対数形態との間の変換を決定する自己適応電源Ｖａｄａの電圧の設置については、光電検出回路１１０のフルウェル電荷の有効電圧変換及び光電流検出のスイッチオンを両立させることが好ましい。弱光と強光の間での変化がある環境については、弱光環境における低ノイズ特性と強光環境における高ダイナミックレンジの両方を同時に満たすように設定することが好ましい。 In this embodiment, after the floating diffusion node FD receives the photoelectric charges accumulated by the photoelectric detection circuit 110, the difference between the target voltage and the reference voltage is initially greater than the preset threshold (i.e., the target voltage is initially much smaller than the reference voltage). At this time, the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photoelectric charges (i.e., the logarithmic current does not flow into the floating diffusion node FD). Therefore, the node current of the floating diffusion node FD is the photocurrent corresponding to the photoelectric charges, the node voltage is an integral voltage, the signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal based on the integral voltage, and the image sensor is in an integral form. Then, as time passes, the target voltage gradually increases, and when the target voltage increases and the difference with the reference voltage is equal to or smaller than the preset threshold (i.e., the target voltage is no longer much smaller than the reference voltage but approaches the reference voltage), the logarithmic current increases and becomes larger than the photocurrent corresponding to the photoelectric charges, and the logarithmic current flows into the floating diffusion node FD. Therefore, the node current of the floating diffusion node FD becomes a logarithmic current, the node voltage becomes a logarithmic voltage, and the signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal based on the logarithmic voltage, and the image sensor becomes a logarithmic form. Note that the target voltage is the self-adaptive voltage of the self-adaptive power supply _Vada minus the node voltage of the floating diffusion node FD, so in this embodiment, the voltage of the self-adaptive power supply _Vada is set reasonably so that the image sensor can self-adaptively convert between the integral form and the logarithmic form, so as to better adapt to the environment with many changes, and improve the image quality of the image sensor. The setting of the voltage of the self-adaptive power supply Vada, which determines the conversion between the integral form and the logarithmic form of the image sensor, is preferably set to simultaneously achieve the effective voltage conversion of the full well charge of the photoelectric detection circuit 110 and the switching on of the photocurrent detection. For an environment with changes between weak light and strong light, it is preferable to set it to simultaneously satisfy both low noise characteristics in a weak light environment and high dynamic range in a strong light environment.

本実施例の自己適応原理をより明確に理解するために、図４に示す本発明の実施例により提供される浮遊拡散ノードの等価回路図を参照されたい。この図面において、リセットトランジスタＴ５は等価非線形抵抗Ｒで置き換えられており、等価非線形抵抗Ｒは、Ｉ_ｒ＝Ｉ_ｓ＊ｅｘｐ（Ｖ_ｌｏｇ／ｎＵ_Ｔ）で説明することができる。Ｉ_ｒは等価非線形抵抗Ｒを流れる電流を表し、Ｖ_ｌｏｇはリセットトランジスタＴ５のドレインソース電圧（つまり対数電圧）を表し、ｎは０より大きい有理数であり、Ｕ_Ｔ及びＩ_ｓはともに定数を表す。浮遊拡散ノードＦＤが光電検出回路１１０によって蓄積された光電荷を受信した後、Ｖ_ｌｏｇは小さい。この場合、等価非線形抵抗Ｒの抵抗値は非常に大きく、且つ等価非線形抵抗Ｒの抵抗値はＶ_ｌｏｇの増加に伴い急激に減少する。言い換えると、Ｖ_ＦＤ（浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧）をＶ_ｒｓｔ（リセット電源Ｖ_ｒｓｔの電圧）にプリチャージし、送信トランジスタＴ０が導通した後、Ｖ_ａｄａ－Ｖ_ＦＤ（つまり目標電圧、Ｖ_ａｄａは自己適応電源Ｖ_ａｄａの電圧を表す）がＶ_Ｔ（リセットトランジスタＴ５の閾値電圧、つまり参考電圧）よりも遥かに小さい場合、積分コンデンサＣは線形放電を示し、画素は積分形態で動作する。その後、時間の増加とともに、Ｖ_ａｄａ－Ｖ_ＦＤがＶ_Ｔに近づくと、リセットトランジスタＴ５のドレインソース電圧が以前の積分電圧をカバーする状況が発生し（つまり対数電流が浮遊拡散ノードＦＤに流入し、浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧が対数電圧になり、この場合、もはや積分電圧で対応する画像信号を出力せず、対数電圧で対応する画像信号を出力する）、画素が対数形態で動作し、最終的にＶ_ＦＤの値は、等価非線形抵抗Ｒにおける電圧降下よって決定される。 In order to more clearly understand the self-adaptation principle of this embodiment, please refer to the equivalent circuit diagram of the floating diffusion node provided by the embodiment of the present invention shown in Figure 4. In this diagram, the reset transistor T5 is replaced by an equivalent nonlinear resistance R, and the equivalent nonlinear resistance R can be described as _Ir = _{Is *} exp ( _Vlog / nU _T ). _Ir represents the current flowing through the equivalent nonlinear resistance R, _Vlog represents the drain-source voltage (i.e., logarithmic voltage) of the reset transistor T5, n is a rational number greater than 0, and U _T and _Is both represent constants. After the floating diffusion node FD receives the photoelectric charges accumulated by the photoelectric detection circuit 110, _Vlog is small. In this case, the resistance value of the equivalent nonlinear resistance R is very large, and the resistance value of the equivalent nonlinear resistance R decreases rapidly with the increase of _Vlog . In other words, after V _FD (the node voltage of the floating diffusion node FD) is precharged to V _rst (the voltage of the reset power supply V _rst ), and the transmission transistor T0 is turned on, when V _ada -V _FD (i.e. the target voltage, where V _ada represents the voltage of the self-adaptive power supply V _ada ) is much smaller than V _T (the threshold voltage of the reset transistor T5, i.e. the reference voltage), the integration capacitor C exhibits linear discharge, and the pixel operates in an integration mode. Then, with the increase of time, when V _ada -V _FD approaches V _T , a situation occurs in which the drain-source voltage of the reset transistor T5 covers the previous integration voltage (i.e. the logarithmic current flows into the floating diffusion node FD, and the node voltage of the floating diffusion node FD becomes a logarithmic voltage, in this case, it no longer outputs the corresponding image signal with the integration voltage, but outputs the corresponding image signal with the logarithmic voltage), and the pixel operates in a logarithmic mode, and finally the value of V _FD is determined by the voltage drop across the equivalent nonlinear resistance R.

更に、図５に示す画像センサのタイミングチャートを参照すると、ｔ１時点で、制御回路１５０は、控制信号ＴＸにより送信トランジスタＴ０を遮断するように制御し、控制信号ＳＷ１により第２スイッチトランジスタＴ１を導通するように制御し、控制信号ＳＷ２により第１スイッチトランジスタＴ２を遮断するように制御するが、その目的は、浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧をＶ_ｒｓｔにするためである。ｔ２時点で、制御回路１５０は、控制信号ＳＷ１により第２スイッチトランジスタＴ１を遮断するように制御し、控制信号ＳＷ２により第１スイッチトランジスタＴ２を導通するように制御し、控制信号ＴＸにより送信トランジスタＴ０を導通するように制御し、この場合、浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧は積分電圧により決定され、つまり区域Ｉ内においてＶａｄａ－Ｖ_ＦＤは非常に小さく、ひいては負の値であり、リセットトランジスタＴ５の等価非線形抵抗Ｒは非常に大きく、回路は概ね線形放電モードを示し、画素は積分形態で動作する。区域ＩＩ内において、Ｖ_ｌｏｇが次第に増加し、リセットトランジスタＴ５の等価非線形抵抗Ｒが次第に減少する。浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧は積分コンデンサＣの放電だけでなく、リセットトランジスタＴ５のドレインソース電圧とドレインソース電流からなる対数関係によって決定されるようになる。この場合、画素は対数形態で動作し、画素は、高ダイナミックレンジを有するＡＰＳ画素としてみなされ、ＥＶＳのフロントエンド回路としてもみなされ、ノード電圧は現在の光電流の大きさのみに関連し、露光時間中に光電検出回路１１０による光電流の蓄積とは無関係であり、つまり積分電圧とは関係ない。図５において、Ｉ_ＰＤは、入射光の強度（つまり入射光電流の大きさ）を表し、且つＩ_ＰＤ１はＩ_ＰＤ２よりも大きく、Ｉ_ＰＤ２はＩ_ＰＤ３よりも大きく、Ｉ_ＰＤ３はＩ_ＰＤ４よりも大きい。Ｑ１、Ｑ２及びＱ＿ＦＷはともに均電荷を表すが、Ｑ＿ＦＷは光電検出回路１１０のフルウェル電荷を表す。入射光電流の大きさは、環境の明るさや暗さを表し、環境の明るさと暗さの差が大きい場合、本発明の実施例では、それらを明確に区別可能であり（例えば図５の５０１、５０２）、環境の明るさと暗さの差が小さい場合でも、本発明の実施例では、それらを区別可能であるため、画像センサが積分形態で暗い環境に対応し、対数形態で明るい環境に対応する。 5, at time t1, the control circuit 150 controls the transmission transistor T0 to be cut off by the control signal TX, controls the second switch transistor T1 to be conductive by the control signal SW1, and controls the first switch transistor T2 to be cut off by the control signal SW2, in order to make the node voltage of the floating diffusion node FD _Vrst . At time t2, the control circuit 150 controls the second switch transistor T1 to be cut off by the control signal SW1, controls the first switch transistor T2 to be conductive by the control signal SW2, and controls the transmission transistor T0 to be conductive by the control signal TX, in this case, the node voltage of the floating diffusion node FD is determined by the integral voltage, that is, in the region I, Vada- _VFD is very small, even negative, and the equivalent nonlinear resistance R of the reset transistor T5 is very large, so the circuit shows an approximately linear discharge mode, and the pixel operates in an integral form. In the region II, V _log gradually increases, and the equivalent nonlinear resistance R of the reset transistor T5 gradually decreases. The node voltage of the floating diffusion node FD is determined by the logarithmic relationship of the drain-source voltage and drain-source current of the reset transistor T5 as well as the discharge of the integration capacitor C. In this case, the pixel operates in a logarithmic form, the pixel is regarded as an APS pixel with a high dynamic range, and is also regarded as the front-end circuit of the EVS, and the node voltage is related only to the magnitude of the current photocurrent, and is unrelated to the accumulation of the photocurrent by the photoelectric detection circuit 110 during the exposure time, that is, not related to the integration voltage. In FIG. 5, I _PD represents the intensity of the incident light (i.e., the magnitude of the incident photocurrent), and I _PD1 is greater than I _PD2 , I _PD2 is greater than I _PD3 , and I _PD3 is greater than I _PD4 . Q1, Q2, and Q_FW all represent uniform charges, while Q_FW represents the full well charge of the photoelectric detection circuit 110. The magnitude of the incident photocurrent represents the brightness or darkness of the environment, and when the difference between the brightness and darkness of the environment is large, in an embodiment of the present invention, they can be clearly distinguished (e.g., 501 and 502 in FIG. 5 ), and even when the difference between the brightness and darkness of the environment is small, in an embodiment of the present invention, they can be distinguished, so that the image sensor responds to a dark environment in integral form and responds to a bright environment in logarithmic form.

１つの実施例として、図３を参照すると、信号読取回路１４０は、ＡＰＳ読取分岐回路１４２、ＥＶＳ読取分岐回路１４３及び駆動分岐回路１４１を含む。ＡＰＳ読取分岐回路１４２及びＥＶＳ読取分岐回路１４３は、それぞれ駆動分岐回路１４１を介して浮遊拡散ノードＦＤに接続され、ＡＰＳ読取分岐回路１４２及びＥＶＳ読取分岐回路１４３はそれぞれ制御回路１５０に接続される。実際の応用において、駆動分岐回路１４１は、浮遊拡散ノードＦＤの電位をバッファリングするが、その目的は、ノード電圧をＡＰＳ読取分岐回路１４２及びＥＶＳ読取分岐回路１４３に出力するためであり、その後、ＡＰＳ読取分岐回路１４２は、駆動分岐回路１４１からのノード電圧に基づいて対応するグレースケール信号を出力し、ＥＶＳ読取分岐回路１４３は、駆動分岐回路１４１からのノード電圧と予め設定された電圧との差に基づいて対応するイベント信号することができる。この場合、ノード電圧と予め設定された電圧との差は、入射光の強度の変化（つまり増加、減少又は変化なし）を示すためのものであり、例えば、ノード電圧と予め設定された電圧との差が０より大きいか、０より小さいか、または０と等しいかによって、入射光の強度の変化を確定するが、これは取得するための基礎である。 3, as an example, the signal read circuit 140 includes an APS read branch circuit 142, an EVS read branch circuit 143, and a drive branch circuit 141. The APS read branch circuit 142 and the EVS read branch circuit 143 are respectively connected to the floating diffusion node FD via the drive branch circuit 141, and the APS read branch circuit 142 and the EVS read branch circuit 143 are respectively connected to the control circuit 150. In practical application, the drive branch circuit 141 buffers the potential of the floating diffusion node FD, the purpose of which is to output the node voltage to the APS read branch circuit 142 and the EVS read branch circuit 143, and then the APS read branch circuit 142 outputs a corresponding grayscale signal based on the node voltage from the drive branch circuit 141, and the EVS read branch circuit 143 can output a corresponding event signal based on the difference between the node voltage from the drive branch circuit 141 and a preset voltage. In this case, the difference between the node voltage and the preset voltage is intended to indicate a change in the intensity of the incident light (i.e., an increase, decrease, or no change); for example, the change in the intensity of the incident light is determined by whether the difference between the node voltage and the preset voltage is greater than, less than, or equal to 0, which is the basis for obtaining it.

本実施例の幾つかの実施形態において、駆動分岐回路１４１は、駆動トランジスタＴ３及び駆動電源Ｖ_ｄｄを含み、駆動トランジスタＴ３のゲートは浮遊拡散ノードＦＤに接続され、ドレインは駆動電源Ｖ_ｄｄに接続され、駆動トランジスタＴ３のソースはＡＰＳ読取分岐回路１４２及びＥＶＳ読取分岐回路１４３に接続される。駆動トランジスタＴ３はソースフォロワアンプに相当し、浮遊拡散ノードＦＤの電位をバッファリングすることで、ノード電圧をＡＰＳ読取分岐回路１４２及びＥＶＳ読取分岐回路１４３に出力することができる。本実施例の幾つかの実施形態において、ＡＰＳ読取分岐回路１４２は、選択トランジスタＴ４及びＡＰＳ読取ユニット１４２１を含む。選択トランジスタＴ４のドレインは駆動分岐回路１４１に接続され、選択トランジスタＴ４のゲートは制御回路１５０に接続され、選択トランジスタＴ４のソースはＡＰＳ読取ユニット１４２１に接続され、ＡＰＳ読取ユニット１４２１は制御回路１５０に接続される。実際の応用において、選択トランジスタＴ４は、駆動分岐回路１４１から出力されるノード電圧を受け取り、制御回路１５０の制御によりタイミング要件に基づいて導通又は遮断することができ、選択トランジスタＴ４が導通する場合のみ、ＡＰＳ読取ユニット１４２１は選択トランジスタＴ４を介して送信されるノード電圧を受信する。その後、ＡＰＳ読取ユニット１４２１は、受信したノード電圧に基づいて対応するグレースケール信号を出力する。 In some embodiments of this embodiment, the driving branch circuit 141 includes a driving transistor T3 and a driving power supply _Vdd , the gate of the driving transistor T3 is connected to the floating diffusion node FD, the drain is connected to the driving power supply _Vdd , and the source of the driving transistor T3 is connected to the APS read branch circuit 142 and the EVS read branch circuit 143. The driving transistor T3 corresponds to a source follower amplifier, and can output the node voltage to the APS read branch circuit 142 and the EVS read branch circuit 143 by buffering the potential of the floating diffusion node FD. In some embodiments of this embodiment, the APS read branch circuit 142 includes a selection transistor T4 and an APS read unit 1421. The drain of the selection transistor T4 is connected to the driving branch circuit 141, the gate of the selection transistor T4 is connected to the control circuit 150, the source of the selection transistor T4 is connected to the APS read unit 1421, and the APS read unit 1421 is connected to the control circuit 150. In practical application, the selection transistor T4 receives the node voltage output from the driving branch circuit 141, and can be turned on or off according to timing requirements under the control of the control circuit 150, and only when the selection transistor T4 is turned on, the APS reading unit 1421 receives the node voltage transmitted through the selection transistor T4. Then, the APS reading unit 1421 outputs a corresponding grayscale signal according to the received node voltage.

本実施例において、信号読取回路１４０は、同時にＡＰＳ信号とＥＶＳ信号を読み出す機能を有する。この場合、画像センサは、同時にＡＰＳ画像とＥＶＳ画像を出力することができる。しかし、他の実施例において、信号読取回路１４０は、例えば、ＡＰＳ信号又はＥＶＳ信号の１種類の画像信号のみを出力する機能を有してもよい。信号読取回路１４０がＡＰＳ信号のみを出力する機能を有する場合、駆動分岐回路１４１及びＡＰＳ読取分岐回路１４２のみを含んでよい。この場合、駆動分岐回路１４１とＡＰＳ読取分岐回路１４２の動作過程は前述の通りであるため、説明を省略する。信号読取回路１４０がＥＶＳ信号のみを出力する機能を有する場合、駆動分岐回路１４１とＥＶＳ読取分岐回路１４３のみを含んでもよい。この場合、駆動分岐回路１４１とＥＶＳ読取分岐回路１４３の動作過程は前述の通りであるため、説明を省略する。 In this embodiment, the signal reading circuit 140 has a function of simultaneously reading out the APS signal and the EVS signal. In this case, the image sensor can simultaneously output the APS image and the EVS image. However, in other embodiments, the signal reading circuit 140 may have a function of outputting only one type of image signal, for example, the APS signal or the EVS signal. When the signal reading circuit 140 has a function of outputting only the APS signal, it may include only the drive branch circuit 141 and the APS read branch circuit 142. In this case, the operation process of the drive branch circuit 141 and the APS read branch circuit 142 is as described above, so the description will be omitted. When the signal reading circuit 140 has a function of outputting only the EVS signal, it may include only the drive branch circuit 141 and the EVS read branch circuit 143. In this case, the operation process of the drive branch circuit 141 and the EVS read branch circuit 143 is as described above, so the description will be omitted.

上記の実施例は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明を唯一に限定するものではない。これに対し、当業者であれば、実施例に基き、実際の応用場面に応じて柔軟に設定することができる。なお、光電検出回路１１０は、フォトダイオード、フォトトランジスタ及びクランプダイオード、又は当該技術分野で一般的な光電変換を実現できる他の素子を含んでもよいが、これに限らない。上記の実施例において、光電検出回路１１０、制御回路１５０、ＡＰＳ読取分岐回路１４２及びＥＶＳ読取分岐回路１４３の設置は、画素アレイにおける各画素内に１つずつ設置してもよく、又は画素アレイにおける全ての画素が１つを共用するように１つのみを設置してもよく、又は画素アレイにおける同一のアレイユニット内の全ての画素が１つを共用するように複数設置してもよい。画素アレイは、複数のアレイユニットに分割することができ、各アレイユニットは、ともに予め設定された数の画素を含むことができる。例えば、画素アレイにおける各列の画素が一つのアレイユニットを構成してもよく、又は画素アレイにおける各行の画素が１つのアレイユニットを構成してもよい。画像センサ１００の露光は、グローバル露光又はローリングシャッター露光を採用してもよい。異なる露光方法において、画素内の各トランジスタの導通／遮断のタイミングが異なるが、実際の需要に応じて具体的に設定することができるため、本実施例では説明を省略する。 The above examples are merely preferred embodiments of the present invention, and do not limit the present invention. In contrast, those skilled in the art can flexibly set the embodiments according to the actual application scenario. The photoelectric detection circuit 110 may include, but is not limited to, a photodiode, a phototransistor, and a clamp diode, or other elements that can realize photoelectric conversion common in the art. In the above examples, the photoelectric detection circuit 110, the control circuit 150, the APS reading branch circuit 142, and the EVS reading branch circuit 143 may be installed one by one in each pixel in the pixel array, or only one may be installed so that all pixels in the pixel array share one, or multiple may be installed so that all pixels in the same array unit in the pixel array share one. The pixel array can be divided into multiple array units, and each array unit can include a predetermined number of pixels. For example, the pixels in each column of the pixel array may constitute one array unit, or the pixels in each row of the pixel array may constitute one array unit. The exposure of the image sensor 100 may be performed by global exposure or rolling shutter exposure. Different exposure methods have different timings for turning on/off each transistor in a pixel, but these can be specifically set according to actual needs, so a description of them is omitted in this embodiment.

図６は、本発明の実施例により提供される画像出力方法のフローチャートである。当該画像出力方法は、本発明の実施例により提供される画像センサ１００により実現される。幾つかの実施例において、画像出力方法は、
ステップ６０１：光電検出回路１１０は、入射光を光電変換して対応する光電荷を取得する；
ステップ６０２：送信回路１２０は、光電荷を浮遊拡散ノードＦＤに送信する；
ステップ６０３：信号処理回路１３０は、対数関係を示す対数電圧と対数電流を生成する；
ステップ６０４：浮遊拡散ノードＦＤは、光電荷を積分コンデンサＣに積分して対応する積分電圧を取得する。浮遊拡散ノードＦＤが光電荷を受信した後、目標電圧（つまり自己適応電源Ｖ_ａｄａのアダプディブ電圧から浮遊拡散ノードＦＤを減算したノード電圧）と参考電圧との差が予め設定された閾値よりも大きく、対数電流が光電荷に対応する光電流よりも小さいことで、浮遊拡散ノードＦＤのノード電流は光電荷に対応する光電流になり、浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧は積分電圧になり、且つ目標電圧は時間の増加とともに増加する。目標電圧が増加して参考電圧との差が予め設定された閾値以下になった場合、対数電流は光電荷に対応する光電流よりも大きくなり、浮遊拡散ノードＦＤに流入することで、浮遊拡散ノードＦＤのノード電流が対数電流になり、ノード電圧が対数電圧になる；
ステップ６０５：信号読取回路１４０は、浮遊拡散ノードＦＤのノード電圧に基づいて対応する画像信号を出力する。なお、当該画像出力方法の詳細は、前述の画像センサ１００の関連説明の通りであるため、ここでは、説明を省略する。 6 is a flow chart of an image output method provided by an embodiment of the present invention. The image output method is implemented by the image sensor 100 provided by an embodiment of the present invention. In some embodiments, the image output method includes:
Step 601: the photoelectric detection circuit 110 converts the incident light into an electric charge;
Step 602: The transmitting circuit 120 transmits the photocharge to the floating diffusion node FD;
Step 603: The signal processing circuit 130 generates a logarithmic voltage and a logarithmic current that indicate a logarithmic relationship;
Step 604: The floating diffusion node FD integrates the photocharges in the integrating capacitor C to obtain a corresponding integrated voltage. After the floating diffusion node FD receives the photocharges, the difference between the target voltage (i.e., the node voltage of the floating diffusion node FD subtracted from the adaptive voltage of the self-adaptive power supply V _ada ) and the reference voltage is greater than a preset threshold, and the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photocharges, so that the node current of the floating diffusion node FD becomes the photocurrent corresponding to the photocharges, the node voltage of the floating diffusion node FD becomes the integrated voltage, and the target voltage increases with time. When the target voltage increases and the difference between the target voltage and the reference voltage is less than or equal to the preset threshold, the logarithmic current becomes larger than the photocurrent corresponding to the photocharges and flows into the floating diffusion node FD, so that the node current of the floating diffusion node FD becomes the logarithmic current, and the node voltage becomes the logarithmic voltage;
Step 605: The signal reading circuit 140 outputs a corresponding image signal according to the node voltage of the floating diffusion node FD. Note that the details of the image output method are the same as those described above in relation to the image sensor 100, and therefore will not be described here.

本発明の実施例は、画像センサ及びその画像出力方法を提供するものである。当該画像センサは、積分形態と対数形態の２つの異なる動作形態を有する。本発明の実施例では、自己適応電源Ｖ_ａｄａの電圧を合理的に設置することで、画像センサが自己適応的に積分形態と対数形態との間で変換可能であるため、変化の多い環境によりよく適応し、画像センサの像品質を向上させることができる。弱光と強光の間で変化する環境等の変化に多い環境において、本発明の実施例では、画像センサの複数の動作形態によりＡＰＳの積分特性及びＥＶＳフロントエンド回路の電流、電圧固有の特性を両立させることができ、光電流の小さいものから大きいものまでのノード電圧を比較的正確に出力し、弱光環境における低ノイズと強光環境における高ダイナミックレンジを両立させ、最終的に画像センサの画像品質を向上させることができる。 An embodiment of the present invention provides an image sensor and an image output method thereof. The image sensor has two different operation modes, an integral mode and a logarithmic mode. In the embodiment of the present invention, the voltage of the self-adaptive power supply _Vada is set reasonably, so that the image sensor can self-adaptively convert between the integral mode and the logarithmic mode, so that the image sensor can better adapt to the changing environment and improve the image quality of the image sensor. In a changing environment, such as an environment that changes between weak light and strong light, the embodiment of the present invention uses multiple operation modes of the image sensor to balance the integral characteristic of the APS and the current and voltage specific characteristics of the EVS front-end circuit, and relatively accurately outputs the node voltage from small to large photocurrent, and balances low noise in a weak light environment and high dynamic range in a strong light environment, ultimately improving the image quality of the image sensor.

本明細書に開示された実施例において説明した方法やアルゴリズムのステップは、ハードウェア、プロセッサで実行されるソフトウェアモジュール、またはその両方の組み合わせを用いて直接実施することができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、メモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ、電気消去可能なプログラマブルＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、可搬式ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、または技術分野で周知の他の形態の記憶媒体に配置することができる。 The steps of the methods and algorithms described in the embodiments disclosed herein may be implemented directly using hardware, software modules executed by a processor, or a combination of both. The software modules may be located in a random access memory (RAM), memory, a read-only memory (ROM), a programmable ROM, an electrically erasable programmable ROM, a register, a hard disk, a portable disk, a CD-ROM, or any other form of storage medium known in the art.

上記の実施例において、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせによって、全部または一部を実現することができる。ソフトウェアで実現する場合、コンピュータプログラム製品の形態で全部または一部を実現することができる。コンピュータプログラム製品には、１つ以上のコンピュータ命令が含まれる。コンピュータに前記コンピュータプログラム命令をロード及び実行する時に、本発明のプロセス又は機能を全部又は一部生成することができる。コンピュータは、汎用コンピュータ、特殊用途コンピュータ、コンピュータネットワーク、または他のプログラム可能な装置であってもよい。コンピュータプログラム命令は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されてもよく１つのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体から別のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に転送されてもよい。例えば、コンピュータプログラム命令は、有線（同軸ケーブル、光ファイバ、デジタル加入者線など）または無線（赤外線、無線、マイクロ波など）を介して、１つのウェブサイト、コンピュータ、サーバー、またはデータセンターから別のウェブサイト、コンピュータ、サーバー、またはデータセンターに転送されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータがアクセスできるいずれの利用可能な媒体であってもよく、または１つまたは複数の利用可能な媒体を含んで統合されたサーバー、データセンターなどのデータストレージ装置であってもよい。利用可能な媒体は、利用可能な媒体は、磁性媒体（フロッピーディスク、ハードディスク、磁気テープ）、光学媒体（ＤＶＤ）、または半導体媒体（例えばソリッドステートディスクＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｉｓｋ）等であってもよい。 In the above embodiment, the present invention may be realized in whole or in part by software, hardware, firmware, or any combination thereof. When realized in software, the present invention may be realized in whole or in part in the form of a computer program product. The computer program product includes one or more computer instructions. When the computer program instructions are loaded and executed on a computer, the process or function of the present invention may be generated in whole or in part. The computer may be a general-purpose computer, a special-purpose computer, a computer network, or other programmable device. The computer program instructions may be stored in a computer-readable storage medium or transferred from one computer-readable storage medium to another. For example, the computer program instructions may be transferred from one website, computer, server, or data center to another website, computer, server, or data center via wire (coaxial cable, optical fiber, digital subscriber line, etc.) or wireless (infrared, radio, microwave, etc.). The computer-readable storage medium may be any available medium accessible by a computer, or may be a data storage device such as a server, data center, etc. that is integrated with one or more available media. The available media may be magnetic media (floppy disks, hard disks, magnetic tapes), optical media (DVDs), or semiconductor media (e.g., solid state disks), etc.

なお、本発明の各実施例は漸進的に説明され、各実施例は、各実施例が他の実施例と異なる点に着目して順次説明されており、各実施形態の同一・類似部分については、互いに参照すれば十分であることに留意されたい。製品実施形態については、方法類の実施例と類似しているため説明が簡略化されており、関連する部分は方法実施例を参照すればよい。 Please note that the embodiments of the present invention are described in a progressive manner, with each embodiment being described in turn with a focus on how it differs from the other embodiments, and that it is sufficient to refer to each other for identical or similar parts of the embodiments. The product embodiments are described in a simplified manner because they are similar to the method embodiments, and reference may be made to the method embodiments for relevant parts.

また、本明細書において、「第１」及び「第２」等といった関係性用語は、単に一つの実体や操作を他の実体や操作と区別するためのものであり、これらの実体や操作の間に実際の関係や順序が存在することを必ずしも要求または暗示しているものではない。更に用語「備える」、「含む」又はその他の変形は、非排他的に含めることを意図し、一連の要素を含むプロセス、方法、物品又は装置が、それらの要素だけでなく、明示的に記載されていない他の要素を含むとともに、これらのプロセス、方法、物品又は装置が固有する要素も含む。さらなる限定が場合、「．．．．．．を含む」によって定義される要素は、当該要素を含むプロセス、方法、物品又は装置における追加の同一要素の存在を排除するものではない。 Also, in this specification, relational terms such as "first" and "second" are merely used to distinguish one entity or operation from another entity or operation, and do not necessarily require or imply that an actual relationship or sequence exists between those entities or operations. Furthermore, the terms "comprise", "include", or other variations are intended to be non-exclusively inclusive, and a process, method, article, or device that includes a set of elements includes not only those elements, but also other elements not expressly listed, as well as elements inherent in the process, method, article, or device. If further limited, an element defined by "comprises" does not exclude the presence of additional identical elements in the process, method, article, or device that includes the element.

上記の実施例の説明により、当業者は本発明の内容を実現または利用することができる。これらの実施例の多様な変更は、当業者にとって自明であり、本発明の内容で定義された一般原理は、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、他の実施例でも実現できる。したがって、本発明は、本発明に開示されるこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明に開示される原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲に適合するものである。 The above description of the embodiments enables those skilled in the art to realize or use the contents of the present invention. Various modifications of these embodiments will be obvious to those skilled in the art, and the general principles defined in the contents of the present invention may be implemented in other embodiments without departing from the spirit or scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments disclosed in the present invention, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed in the present invention.

Claims

1. An image sensor including a pixel array of a plurality of pixels,
The pixel includes a floating diffusion node, an integration capacitor, a photoelectric detection circuit, a signal reading circuit, a self-adaptive power supply, a transmitting circuit and a signal processing circuit;
The photoelectric detection circuit is connected to the floating diffusion node through the transmitting circuit, the floating diffusion node is grounded through the integrating capacitor, the floating diffusion node and the integrating capacitor are respectively connected to the signal reading circuit, and the self-adaptive power supply is connected to the floating diffusion node through the signal processing circuit;
The photoelectric detection circuit converts incident light into an electric charge corresponding to the light;
the transmitting circuit transmits the photocharge to the floating diffusion node;
The signal processing circuit generates a logarithmic voltage and a logarithmic current having a logarithmic relationship;
The floating diffusion node integrates the photocharges in the integrating capacitor to obtain a corresponding integrated voltage; after the floating diffusion node receives the photocharges, when the difference between the target voltage and the reference voltage is greater than a preset threshold and the logarithmic current is smaller than the photocurrent corresponding to the photocharges, the node current of the floating diffusion node becomes the photocurrent corresponding to the photocharges; the node voltage of the floating diffusion node becomes the integrated voltage; the target voltage is the self-adaptive voltage of the self-adaptive power supply minus the node voltage; the target voltage increases with time; when the target voltage increases and the difference between the target voltage and the reference voltage is less than or equal to the preset threshold, the logarithmic current becomes larger than the photocurrent corresponding to the photocharges and flows into the floating diffusion node, so that the node current becomes the logarithmic current, and the node voltage becomes the logarithmic voltage;
The signal reading circuit outputs a corresponding image signal based on the node voltage.

The pixel further includes a control circuit.
2. The image sensor of claim 1, wherein the control circuit is connected to the transmitting circuit, the signal processing circuit and the signal reading circuit, and the control circuit is used to control the transmitting circuit, the signal processing circuit and the signal reading circuit, and to generate a corresponding image based on the image signal.

the signal processing circuit includes a reset branch circuit and a logarithmic branch circuit;
the reset branch circuit and the logarithmic branch circuit are respectively connected to the floating diffusion node, the reset branch circuit and the logarithmic branch circuit are respectively connected to the control circuit, and the self-adaptive power supply is connected to the floating diffusion node via the logarithmic branch circuit;
the reset branch circuit resets the node voltage under control of the control circuit before the floating diffusion node receives the photocharge;
3. The image sensor of claim 2, wherein the logarithmic branch circuit generates the logarithmic voltage and the logarithmic current after the floating diffusion node receives the photocharges, the logarithmic voltage increases with increasing time, a magnitude of the logarithmic current and a magnitude of the logarithmic voltage are positively correlated, and after the floating diffusion node receives the photocharges, the logarithmic current is smaller than a photocurrent corresponding to the photocharges, and when the logarithmic current increases with increasing time and is larger than the photocurrent corresponding to the photocharges, the logarithmic current flows into the floating diffusion node, so that the node current becomes the logarithmic current and the node voltage becomes the logarithmic voltage.

The logarithmic branch circuit includes a reset transistor and a first switch transistor, a gate and a drain of the reset transistor are connected to the self-adaptive power supply, a source of the reset transistor is connected to the drain of the first switch transistor, a gate of the first switch transistor is connected to the control circuit, and a source of the first switch transistor is connected to the floating diffusion node;
the first switch transistor is brought into a conductive state by the control of the control circuit when the floating diffusion node receives the photocharge;
4. The image sensor of claim 3, wherein the reset transistor generates the logarithmic voltage and the logarithmic current after the floating diffusion node receives the photocharges, a drain-source voltage and a drain-source current of the reset transistor exhibit a logarithmic relationship, the logarithmic voltage becomes the drain-source voltage, the logarithmic current becomes the drain-source current, and the reference voltage becomes a threshold voltage of the reset transistor.

the reset branch circuit includes a reset power supply and a second switch transistor, the drain of the second switch transistor is connected to the reset power supply, the gate of the second switch transistor is connected to the control circuit, and the source of the second switch transistor is connected to the floating diffusion node;
the second switch transistor is brought into a conductive state under the control of the control circuit before the floating diffusion node receives the photocharges;
4. The image sensor of claim 3, wherein the reset power supply resets the node voltage to a voltage of the reset power supply when the second switch transistor is conductive.

the signal read circuit includes a drive branch circuit and an EVS read branch circuit, the EVS read branch circuit is connected to the floating diffusion node via the drive branch circuit, and the EVS read branch circuit is connected to the control circuit;
the drive subcircuit buffers the potential of the floating diffusion node to output the node voltage to the EVS read subcircuit;
The image sensor of claim 2 , wherein the EVS read subcircuit outputs a corresponding event signal based on a difference between the node voltage and a preset voltage.

the signal read circuit includes a drive branch circuit and an APS read branch circuit, the APS read branch circuit is connected to the floating diffusion node via the drive branch circuit, and the APS read branch circuit is connected to the control circuit;
the driver subcircuit buffers the potential of the floating diffusion node to output the node voltage to the APS read subcircuit;
3. The image sensor of claim 2, wherein the APS read subcircuit outputs a corresponding grayscale signal based on the node voltage.

the signal read circuit includes a drive branch circuit, an APS read branch circuit, and an EVS read branch circuit, the APS read branch circuit and the EVS read branch circuit are respectively connected to the floating diffusion node via the drive branch circuit, and the APS read branch circuit and the EVS read branch circuit are respectively connected to the control circuit;
the drive branch circuit buffers the potential of the floating diffusion node to output the node voltage to the APS read branch circuit and the EVS read branch circuit;
the APS read subcircuit outputs a corresponding grayscale signal based on the node voltage;
The image sensor of claim 2 , wherein the EVS read subcircuit outputs a corresponding event signal based on a difference between the node voltage and a preset voltage.

the driving circuit includes a driving transistor and a driving power supply;
The gate of the drive transistor is connected to the floating diffusion node, the drain of the drive transistor is connected to the drive power supply, and the source of the drive transistor is connected to the APS read branch circuit and the EVS read branch circuit;
9. The image sensor of claim 8, wherein the drive transistor buffers the potential of the floating diffusion node to output the node voltage.

the APS read branch circuit includes a selection transistor and an APS read unit;
The drain of the selection transistor is connected to the driving branch circuit, the gate of the selection transistor is connected to the control circuit, the source of the selection transistor is connected to the APS reading unit, and the APS reading unit is connected to the control circuit;
The selection transistor receives the node voltage output from the driving branch circuit, and is turned on or off according to a timing requirement by the control circuit, and when the selection transistor is turned on, the APS reading unit receives the node voltage transmitted through the selection transistor;
The image sensor of claim 7 , wherein the APS reading unit outputs a corresponding grayscale signal based on the node voltage.

the transmitting circuit includes a transmitting transistor, a first end of the transmitting transistor is connected to the photoelectric detection circuit, a second end of the transmitting transistor is connected to the control circuit, and a third end of the transmitting transistor is connected to the floating diffusion node;
3. The image sensor of claim 2, wherein the transmitting transistor is turned on or off based on timing requirements under the control of the control circuit, and when the transmitting transistor is turned on, the floating diffusion node receives the photocharges transmitted through the transmitting transistor.

1. A method for outputting an image for use with an image sensor, the image sensor including a pixel array of a plurality of pixels,
The pixel includes a signal processing circuit, a signal reading circuit, a floating diffusion node, an integration capacitor, a photoelectric detection circuit, a self-adaptive power supply and a transmission circuit;
The photoelectric detection circuit is connected to the floating diffusion node through the transmitting circuit, the floating diffusion node is grounded through the integrating capacitor, the floating diffusion node and the integrating capacitor are respectively connected to the signal reading circuit, and the self-adaptive power supply is connected to the floating diffusion node through the signal processing circuit;
The image output method includes:
The photoelectric detection circuit converts incident light into an electric charge corresponding to the light;
the transmitting circuit transmits the photocharge to the floating diffusion node;
The signal processing circuit generates a logarithmic voltage and a logarithmic current having a logarithmic relationship;
the floating diffusion node integrates the photocharges in the integrating capacitor to obtain a corresponding integrated voltage; after the floating diffusion node receives the photocharges, when a difference between a target voltage and a reference voltage is greater than a preset threshold and the logarithmic current is smaller than a photocurrent corresponding to the photocharges, the node current of the floating diffusion node becomes a photocurrent corresponding to the photocharges; the node voltage of the floating diffusion node becomes the integrated voltage; the target voltage is a self-adaptive voltage of the self-adaptive power supply minus the node voltage; the target voltage increases with time; when the target voltage increases and the difference between the target voltage and the reference voltage is less than or equal to the preset threshold, the logarithmic current is greater than the photocurrent corresponding to the photocharges and flows into the floating diffusion node, so that the node current becomes the logarithmic current, and the node voltage becomes the logarithmic voltage;
The signal reading circuit outputs a corresponding image signal based on the node voltage.

An optoelectronic device comprising an image sensor according to any one of claims 1 to 11.