专利名称：Cmos图像传感器及其像素结构的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体领域，特别是涉及一种CMOS图像传感器及其像素结构。
背景技术：
CMOS图像传感器是一种使用CMOS制造工艺制造的、将图像的光学信号转换为电信号以供传输和处理的半导体器件。CMOS图像传感器一般由感光区域和信号处理电路构成。目前常见的CMOS图像传感器是有源像素型图像传感器(APS)。现有CMOS图像传感器包括CMOS数模电路和像素单元电路阵列构成，根据一个所 述像素单元电路所包括的晶体管的数目，现有CMOS图像传感器分为3T型结构和4T型结构、还可以有5T型结构。如图I所示，为一种现有3T型结构的CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路结构图，包括一个光电二极管IO(Photc) Diode, H))，用于在曝光时进行光电转换，将接收到的光信号转换成电信号，所述光电二极管10包括P型区和N型区，所述P型区接地。一个复位晶体管Ml，用于在曝光前对所述光电二极管10进行复位，复位由复位信号Reset信号进行控制。在图I中，所述复位晶体管Ml选用一个NMOS管，所述复位晶体管Ml的源极和所述光电二极管10的N型区相连，所述复位晶体管Ml的源极同时也为一感应节点NI又称为浮空扩散区(Floating Diffusion, FD);所述复位晶体管Ml的漏极接电源Vdd，所述电源Vdd为一正电源。当所述复位信号Reset为高电平时，所述复位晶体管Ml导通并将所述光电二极管10的N型区连接到电源Vdd，在所述电源Vdd的作用下，使所述光电二极管10反偏并会清除所述光电二极管10的全部累积的电荷，实现复位。所述复位晶体管Ml也可以由多个NMOS管串联形成、或由多个NMOS管并联形成，也可以用PMOS管代替所述NMOS管。—个放大晶体管M2,也为一源极跟随器,用于将所述光电二极管10产生的电信号进行放大。在图I中，所述放大晶体管M2选用一 NMOS管，所述放大晶体管M2的栅极接所述光电二极管10的N型区，所述放大晶体管M2的漏极接所述电源Vdd，所述放大晶体管M2的源极为放大信号的输出端。所述放大晶体管M2也可以由多个NMOS管串联形成、或由多个NMOS管并联形成。—个行选择晶体管M3，用于将所述放大晶体管M2的源极输出的放大信号输出。在图I中，所述行选择晶体管M3选用一 NMOS管，所述行选择晶体管M3的栅极接行选择信号Rs，所述行选择晶体管M3的源极接所述放大晶体管M2的源极，所述行选择晶体管M3的漏极为输出端。如图2所示，为一种现有4T型结构的CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路结构图。相比于3T型结构，现有4T型结构的CMOS图像传感器的像素单元电路结构图增加了一个转移晶体管M4，所述转移晶体管M4用于将所述光电二极管10产生的电信号输入到所述感应节点NI。在图2中，所述转移晶体管M4选用一 NMOS管，所述转移晶体管M4的栅极接转移信号TX，所述转移晶体管M4的源极接所述光电二极管10的N型区，所述转移晶体管M4的漏极接所述复位晶体管Ml的源极即所述感应节点NI。物质分为三类，气态、液态、固态，随着人们对物质状态认识的不断深入，发现物质除了上述三态外，还存在着离子态(plasmas),非晶固态(amorplhous solids),液晶态(liquid crystals),超导态(superconductors)中子态(neutron state)等。迄今已发现数十万种以上的液晶物质，其中，液晶物质的分类如下溶致液晶将某些物质溶于另一物质时形成的液晶态，因此被成为溶致液晶。双亲分子多属溶致液晶 ，肥皂水是一种典型的溶致液晶。细胞膜是酯类分子构成的双层溶致液晶。溶致液晶广泛存在于自然界，特别是生物体内，它不仅广泛应用于人类生活的各个领域，而且在生物物理，生物化学和仿生学领域深受瞩目。很多生物体的构造，如大脑、神经、肌肉、血液等生命物质或生命的新陈代谢，知觉、信息传递等生命现象都与这种液晶有关。热致液晶因温度而异出现液晶态。如手表、液晶电视、电脑的液晶显示屏等用的就是热致液晶主要分为(I)向列相(nematic):组成的分子象普通流体一样呈无序分布。光学电磁学性质呈现与亮体相似的各向异性，被称作三维各向异性流体。(2)近晶相(Smetic):组成的分子中心在一个方向具有周期序，棒状分子组成层，层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜排列(3)螺旋相(cholesteric):如果组成的分子具有手征性，分子取向在空间会形成扭转螺旋结构。因此其光学特性具有强烈的圆二色性与其它光活性(也叫螺旋性)这类液晶分子呈扁平状，排列成层，层内分子相互平行，分子长轴平行于层平面，不同层的分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋结构。螺矩P指当不同层分子长轴排列沿螺旋方向经历360°的变化后，又回到初始取向，这个周期性的层间距称为螺旋相液晶的螺矩。TN(Twist Nematic)扭曲向列相液晶向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜ITO (氧化铟锡)以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI (聚酰亚胺)，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然状态具有90度的扭曲,利用电场可使液晶分子旋转,液晶的双折射率随液晶的方向而改变，影响的结果是偏振光经过TN型液晶后偏振方向发生转动。只要选择适当的厚度使偏振光的偏振方向刚好改变90度，就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏振方向就不会改变，光就可通过第二个偏光片。于是，就可控制光的通断。向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜ITO (氧化铟锡)以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI (聚酰亚胺)，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然状态具有90度的扭曲，利用电场可使液晶分子旋转，液晶的双折射率随液晶的方向而改变，影响的结果是偏振光经过TN型液晶后偏振方向发生转动。只要选择适当的厚度使偏振光的偏振方向刚好改变90度，就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏振方向就不会改变，光就可通过第二个偏光片。于是，就可控制光的明暗了。TN型常用在电子手表，计算器等简单显示方面。STN(Super Twist Nematic)超扭曲向列型液晶与TN型液晶的显示原理相同，只是它将入射光旋转180 270度，而不是90度。而且，单纯的TN型液晶显示器本身只有明暗两种变化。而STN液晶则以淡绿色和橘色为主。在液晶屏上加一层补偿膜可使之变成黑白的，称为膜补偿超扭曲向列型液晶(FSTN)。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，就可以显示出色彩了，称为CSTN(Color STN)，这就是大家通常所说的伪彩屏。STN，FSTN和CSTN常用来做手机显示屏，游戏机屏等。现有的CMOS图像传感器在感光时，都是使入射光直接入射到感光元件上，这种CMOS图像传感器在需要探测光强较大的情况下往往会超出其测量范围而导致难以测出实际的光强值，而且现有的CMOS图像传感器在 入射光直接入射到感光元件的情况下，其感光的动态范围较小，不利于应用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器及其像素结构，用于解决现有技术中CMOS图像传感器难以准确监测较大的光强值及动态范围较小的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种CMOS图像传感器的像素结构，至少包括感光结构，包括感光兀件；第一偏振片，结合于所述感光兀件表面，具有第一偏振方向；液晶光导结构，包括结合于所述第一偏振片的第一透明导电层、结合于所述第一透明导电层的液晶层以及结合于所述液晶层的第二透明导电层，所述第一、第二透明导电层通过外部电压信号控制所述液晶层的排列方向，以控制光的偏振方向；第二偏振片，结合于所述液晶光导结构，具有第二偏振方向；像素读出电路，连接于所述感光元件，用于将所述感光结构产生的电信号进行读出。在本发明的CMOS图像传感器的像素结构中，所述第一偏振方向与第二偏振方向的相位差为0 90度。优选地，所述第一偏振方向与第二偏振方向的相位差为90度。在本发明的CMOS图像传感器的像素结构中，所述第一偏振片、液晶层及第二偏振片共同控制像素结构的光导通率。在本发明的CMOS图像传感器的像素结构中，所述感光元件为光门、PN型光电二极管或PIN型光电二极管。在本发明的CMOS图像传感器的像素结构中，所述第一透明导电层及第二透明导电层的材料为氧化铟锡(ITO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、氟掺杂氧化锡(FTO)或铝掺杂氧化锌(AZO)。在本发明的CMOS图像传感器的像素结构中，所述液晶层为扭曲向列相液晶。在本发明的CMOS图像传感器的像素结构中，所述像素读出电路为3T型结构、4T型结构或5T型结构的像素读出电路。本发明还提供一种包含如上所述的任一像素结构的CMOS图像传感器，至少包括像素结构，用于控制光导通率并将光信号转换成电信号后输出；处理模块，连接于所述像素结构，用于接收所述像素结构输出的电信号，并判断其是否为饱和信号，若是，则输出控制信号，若否，则通所述电信号并依据所述像素结构的光导通率计算出入射光的光强；反馈控制模块，连接于所述处理模块及所述像素结构，用于在接收到所述处理模块输出的控制信号时，输出控制电压以控制所述像素结的光导通率，并向所述处理模块发送反馈信号以反馈所述像素结的光导通率的信息。在本发明的CMOS图像传感器中，所述控制电压分别施加于所述像素结构的第一透明导电层和第二透明导电层，以控制所述像素结构的光导通率。
在本发明的CMOS图像传感器中，所述处理模块接收到的电信号判定为饱和信号时，所述反馈控制模块向所述像素结构输出控制电压以降低所述像素结构的光导通率，直至所述电信号判定为非饱和信号。如上所述，本发明的CMOS图像传感器及其像素结构，具有以下有益效果本发明的像素结构在感光元件上制备第一偏振片，具有透明电极结构的液晶层以及第二偏振片，通过控制所述透明电极的电压可以改变之间的液晶排列方式，从而控制光偏振方向和导通率。本发明的CMOS图像传感器还包括处理模块及反馈控制模块，所述控制模块接收所述像素结构输出的电信号并进行判断，若为饱和信号时，输出控制信号至反馈控制模块，所述反馈控制模块在接收到控制信号后向所述像素结构输出控制电压以逐渐降低光导通率，并向所述处理模块反馈信息，直至所述像素结构输出的电信号为非饱和信号时，所述处理模块反馈信息和电信号计算出实际的光强值。本发明大大地提高了 CMOS图像传感器所能监测的光强值，从而大大地提高了感光的动态范围。本发明工艺简单，实用性强，适用于工业生产。
图I显示为现有技术中的3T型结构的CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路结构不意图。图2显示为现有技术中的4T型结构的CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路结构不意图。图3显示为本发明的实施例I中CMOS图像传感器的像素结构的结构示意图。图4显示为本发明的实施例I中CMOS图像传感器的结构示意图。图5显示为本发明的实施例I中CMOS图像传感器的运作流程示意图。图6显示为本发明的实施例2中CMOS图像传感器的像素结构的结构示意图。图7显示为本发明的实施例2中CMOS图像传感器的结构示意图。图8显示为本发明的实施例2中CMOS图像传感器的运作流程示意图。图9显示为本发明的实施例3中CMOS图像传感器的像素结构的结构示意图。图10显示为本发明的实施例3中CMOS图像传感器的结构示意图。图11显示为本发明的实施例3中CMOS图像传感器的运作流程示意图。图12显示为本发明的实施例4中CMOS图像传感器的像素结构的结构示意图。图13显示为本发明的实施例4中CMOS图像传感器的结构示意图。图14显示为本发明的实施例4中CMOS图像传感器的运作流程示意图。元件标号说明101感光元件102第一偏振片
103第一透明导电层
104液晶层105第二透明导电层106第二偏振片107保护层201转移晶体管202浮空扩散区203复位晶体管204放大晶体管205选通晶体管301像素结构302处理模块303反馈控制模块
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图3至图14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例I请参阅图3 图4，如图所示，本发明提供一种CMOS图像传感器，至少包括像素结构301，用于控制光导通率并将光信号转换成电信号后输出，包括感光结构，包括感光兀件101 ;第一偏振片102,结合于所述感光兀件101表面，具有第一偏振方向；液晶光导结构，包括结合于所述第一偏振片102的第一透明导电层103、结合于所述第一透明导电层103的液晶层104以及结合于所述液晶层104的第二透明导电层105，所述第一透明导电层103、第二透明导电层105通过外部电压信号控制所述液晶层104中液晶材料的排列方向，以控制光的偏振方向；第二偏振片106，结合于所述液晶光导结构，具有第二偏振方向；以及像素读出电路，连接于所述感光元件101，用于将所述感光结构产生的电信号进行读出。所述感光元件101为光门、PN型光电二极管或PIN型光电二极管，在本实施例中为PN型光电二极管。当然，在其它实施例中，所述感光元件101也能为其它一切预期的具有感光效应的器件。所述第一偏振方向与第二偏振方向的相位差为0 90度。所述第一偏振片102、液晶层104及第二偏振片106共同控制像素结构的光导通率。在本实施例中，所述第一偏振方向与第二偏振方向的相位差为90度。因此,若所述液晶层104没改变入射光的偏振方向，则照射在所述感光元件101上的光强为零，光强随着液晶层104液晶排列方向而改变，即光导通率随着液晶层104液晶排列方向而改变，当所述液晶层104改变入射光的偏振方向为90度时，光导通率最大，入射光强最大。所述第一透明导电层103及第二透明导电层105的材料为ITO、ATO、FTO或AZ0，在本实施例中，所述第一透明导电层103及第二透明导电层105的材料为IT0。当然，在其它的实施例中，所述第一透明导电层103及第二透明导电层105的材料也可以为其它预期的透明导电材料。在本实施例中，所述第二偏振片106上还设置有保护层107，保护层107为Si02、SiN或SiON等常规介质材料。在本实施例中，所述液晶层104为扭曲向列相液晶。当然，在其它的实施例中，所述液晶层104也能为STN(Super Twist Nematic)超扭曲向列型液晶等，同时,所述第一偏振片102及第二偏振片106的偏振方向也作适应性的变化，以达到所需的效果。所述像素读出电路为3T型结构、4T型结构或5T型结构的像素读出电路，在本实施例中，所述像素读出电路为4T型结构的像素读出电路。其包括转移晶体管201、浮空扩散区202、复位晶体管203、放大晶体管204及行选择晶体管205。所述CMOS图像传感器还包括处理模块302，连接于所述像素结构301，用于接收所述像素结构301输出的电信号，并判断其是否为饱和信号，若是，则输出控制信号，若否，则通过所述电信号并依据所述像素结构301的光导通率计算出入射光的光强；反馈控制模块303，连接于所述处理模块302及所述像素结构301，用于在接收到所述处理模块302输出的控制信号时，输出控制电压以控制所述像素结的光导通率，并向所述处理模块302发送反馈信号以反馈所述像素结的光导通率的信息。所述控制电压分别施加于所述像素结构301的第一透明导电层103和第二透明导电层105，以控制所述像素结构301的光导通率。具体地，所述反馈控制模块303具有连接所述像素结构301的第一透明导电层103和第二透明导电层105的两个输出端，用于对所述像素结构301的液晶层104施加电压，通过控制电压可以控制光导通率从而控制光强。所述处理模块302接收到的电信号判定为饱和信号时，所述反馈控制模块303向所述像素结构301输出控制电压以降低所述像素结构301的光导通率，直至所述电信号判定为非饱和信号。在具体的实施过程中，首先，所述反馈控制模块303对所述像素结构301的第一、第二透明导电层105施加控制电压，使所述像素结构301的光导通率处于一个较高的水平，光入射到所述感光元件101时，所述感光元件101将光信号转换成电信号，并通过所述像素读出电路读出至所述处理模块302。所述处理模块302在收到所述电信号时，对其进行判断，情况有两种1)若所述电信号判断为非饱和信号，则通过所述反馈控制模块303反馈的信息和所接收到的电信号计算出像素结构301的入射光强，即实际的光强值。2)若所述电信号判断为饱和信号，则所述处理模块302向所述反馈控制模块303输出控制信号，所述反馈控制模块303收到控制信号时，调整向所述像素结构301输出的控制电压以降低其光导通率。若接收到的电信号仍然为饱和信号，则重复上述过程，直至所述处理模块302接收到 的电信号判断为非饱和信号为止。若为非饱和信号，则处理过程如情况I)所述。具体流程如图5所示。
实施例2请参阅图6 图8，本实施例提供一种CMOS图像传感器，至少包括像素阵列401，由多个像素结构排列组成，所述像素结构的基本结构如实施例1，其中，所述第一、第二透明导电层分别连接有地线和一晶体管206，用于控制所述第一、第二透明导电层上的电压，所述像素读出电路为3T型结构的像素读出电路。
行选择模块407及列选择模块408，均连接于所述像素阵列401，用于控制所述像素阵列401的扫描方向。可变增益放大器(PGA) 402，连接于所述像素阵列401，用于对所述像素阵列401输出的电信号根据像素结构中的光导通率来进行放大并输出。AD采样电路406，连接于所述可变增益放大器402，用于将所述可变增益放大器402输出的电信号转变成数字信号。处理模块403，连接于所述可变增益放大器402，用于接收所述可变增益放大器402输出的电信号，并判断其是否为饱和信号，若是，则输出控制信号，若否，则通过所述电信号并依据所述像素阵列401中各该像素结构的光导通率计算出入射光的光强，并控制所述可变增益放大器402的放大倍数以使放大后的电信号能够如实反映该像素结构的入射光强。反馈控制模块404，连接于所述处理模块403及所述像素阵列401，用于在接收到所述处理模块403输出的控制信号时，输出控制电压以控制所述像素阵列401中各该像素结的光导通率，并向所述处理模块403发送反馈信号以反馈所述像素阵列401中各该像素结的光导通率的信息。复位电路405，用于在所述处理模块403对所述像素阵列401中的像素结构输出的信号判定为饱和信号时，对该像素结构进行复位。具体地，所述行选择模块407或列选择模块408对所述像素阵列401发出扫描信号，使所述像素结构像素读出电路的选通晶体管选通，所述像素阵列401产生的电信号读出至所述可变增益放大器402，经放大的电信号输出至所述处理模块403，所述处理模块403在收到所述电信号时，对其进行判断，情况有两种I)对于所述像素阵列401中输出的电信号判断为非饱和信号的像素结构，可直接通过所述反馈控制模块404反馈的信息和所接收到的电信号计算出该像素结构的入射光强，即实际的光强值，根据像素结构中的光导通率，经过可变增益放大器(PGA)402进行放大后输出，并通过AD采样电路406对其进行图像重构。2)对于所述像素阵列401中输出的电信号判断为饱和信号的像素结构，所述复位电路发送复位信号使其电信号清零，所述处理模块403向所述反馈控制模块404输出控制信号，所述反馈控制模块404收到控制信号时，调整向该像素结构输出的控制电压以降低其光导通率。若接收到的电信号仍然为饱和信号，则重复上述过程，直至所述处理模块403接收到该像素结构的电信号判定为非饱和信号为止。若最终判定为非饱和信号，则处理过程如情况I)所述，最终得出所有像素结构的像素并获得重构的图像。实施例3请参阅图9 图11，本实施例提供一种CMOS图像传感器，至少包括像素阵列501，由多个像素结构排列组成，所述像素结构的基本结构如实施例1，其中，所述第一、第二透明导电层分别连接有地线和一晶体管206，用于控制所述第一、第二透明导电层上的电压，所述像素读出电路为4T型结构的像素读出电路。行选择模块507及列选择模块508，均连接于所述像素阵列501，用于控制所述像素阵列501的扫描方向。可变增益放大器(PGA) 502，连接于所述像素阵列501，用于对所述像素阵列501输出的电信号根据像素结构中的光导通率来进行放大并输出。AD采样电路506，连接于所述可变增益放大器502，用于将所述可变增益放大器502输出的电信号转变成数字信号。处理模块503，连接于所述可变增益放大器502，用于接收所述像素阵列501输出的电信号，并判断其是否为饱和信号，若是，则输出控制信号，若否，则通过所述电信号并依据所述像素阵列501中各该像素结构的光导通率计算出入射光的光强，并控制所述可变增益放大器502的放大倍数以使放大后的电信号能够如实反映该像素结构的入射光强。反馈控制模块504，连接于所述处理模块503及所述像素阵列501，用于在接收到所述处理模块503输出的控制信号时，输出控制电压以控制所述像素阵列501中各该像素结的光导通率，并向所述处理模块503发送反馈信号以反馈所述像素阵列501中各该像素结的光导通率的信息。复位电路505，用于在所述处理模块503对所述像素阵列501中的任一像素结构输出的电信号判定为饱和信号时，复位所述像素阵列501中的所有像素结构。具体地，所述行选择模块507或列选择模块508对所述像素阵列501发出扫描信号，使所述像素结构像素读出电路的选通晶体管选通，所述像素阵列501所有像素结构产生的电信号读出至所述可变增益放大器，经放大的电信号输出至所述处理模块，所述处理模块503在收到所述电信号时，对其进行判断，情况有两种I)对于所述像素阵列501中所有像素结构输出的电信号均判定为非饱和信号时，可直接通过所述反馈控制模块504反馈的信息和所接收到的电信号计算出各该像素结构的入射光强，即实际的光强值，根据像素结构中的光导通率，经过可变增益放大器(PGA) 502对各该像素结构输出的电信号进行放大后输出，并通过AD采样电路506对各该像素结构放大后的信号进行图像重构。2)对于所述像素阵列501所有像素结构输出的电信号进行判断，当其中的一个或一个以上的像素结构输出的电信号判断为饱和信号时，所述复位电路发送复位信号使所述像素阵列501的所有像素结构的电信号清零，所述处理模块503向所述反馈控制模块504输出控制信号，所述反馈控制模块504收到控制信号时，调整向各该判定为饱和信号的像素结构输出的控制电压以降低其光导通率。若接收到的电信号仍然判定有饱和信号，则重复上述过程，直至所述处理模块503接收到的所有电信号判断为非饱和信号为止。若所有像素结构均判定为非饱和信号时，处理过程如情况I)所述，最终得出所有像素结构的像素并获得重构的图像。实施例4请参阅图12 图14，本实施例提供一种CMOS图像传感器，至少包括
像素阵列601，由多个像素结构排列组成，所述像素结构的基本结构如实施例1，其中，所述第一、第二透明导电层分别连接有地线和一晶体管206，用于控制所述第一、第二透明导电层上的电压。所述像素读出电路为4T型结构的像素读出电路，所述4T型结构的像素读出电路中，所述像素读出电路中的转移晶体管栅极连接有一开关晶体管207，用于选择特定的像素结构进行信号输出。行选择模块607及列选择模块608，均连接于所述像素阵列601，用于控制所述像素阵列501的扫描方向，并通过所述开关晶体管207选择控制特定的一个或一个以上的像素结构的点信号的转移。AD采样电路602，连接于所述像素阵列601，用于将所述像素阵列601输出的电信
号转变成数字信号。处理模块603，连接于所述AD采样电路602及所述行、列选择模块607及608，用于接收所述AD采样电路602输出的信号，并判断其是否为饱和信号，若是，则输出控制信号，若否，则通过所述电信号并依据所述像素阵列601中特定像素结构被判定为饱和信号的迭 代次数计算出入射光的光强。反馈控制模块604，连接于所述处理模块603及所述像素阵列601，用于在接收到所述处理模块603输出的控制信号时，输出控制电压以控制所述像素阵列601中特定像素结的光导通率，并向所述处理模块603发送反馈信号以反馈所述像素阵列601中特定像素结的控制电压的信息。复位电路605，用于复位所述像素阵列601中除被选定的像素结构以外的其它像
素结构。具体地，所述行选择模块607或列选择模块608通过控制所述开关晶体管207及所述选通晶体管选择特定的像素结构进行电信号读出，读出的电信号经过AD采样电路602转换后输出至所述处理模块，所述处理模块603在收到所述电信号时，对其进行判断，情况有两种1)对于所述像素阵列601选中的特定像素结构对应的信号判定为非饱和信号时，可直接通过所述反馈控制模块604反馈的信息和所接收到的电信号计算出各该像素结构的入射光强，即实际的光强值，并进行图像重构；2)所述像素阵列601选中的特定像素结构对应的信号判定为饱和信号时，所述处理模块603向所述反馈控制模块604输出控制信号，所述反馈控制模块604收到控制信号时，调整向各该判定为饱和信号的像素结构输出的控制电压以降低其光导通率。若接收到的信号仍然判定为饱和信号，则重复上述过程，直至所述处理模块603接收到的信号判断为非饱和信号为止。若选中的特定像素结构对应的信号判定为非饱和信号时，则根据在该特定像素结构中控制电压的迭代次数进行图像重构。在此过程中，没被选定的像素结构保持复位状态。如上所述，本发明的像素结构在感光元件上制备第一偏振片，具有透明电极结构的液晶层以及第二偏振片，通过控制所述透明电极的电压可以改变之间的液晶排列方式，从而控制光偏振方向和导通率。本发明的CMOS图像传感器包括像素结构、处理模块及反馈控制模块，所述控制模块接收所述像素结构输出的电信号并进行判断，若为饱和信号时，输出控制信号至反馈控制模块，所述反馈控制模块在接收到控制信号后向所述像素结构输出控制电压以逐渐降低光导通率，并向所述处理模块反馈信息，直至所述像素结构输出的电信号为非饱和信号时，所述处理模块反馈信息和电信号计算出实际的光强值。本发明大大地提高了 CMOS图像传感器所能监测的光强值，从而大大地提高了感光的动态范围。本发明工艺简单，实用性强，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种CMOS图像传感器的像素结构，其特征在于，至少包括 感光结构，包括 感光元件； 第一偏振片，结合于所述感光兀件表面，具有第一偏振方向； 液晶光导结构，包括结合于所述第一偏振片的第一透明导电层、结合于所述第一透明导电层的液晶层以及结合于所述液晶层的第二透明导电层，所述第一、第二透明导电层通过外部电压信号控制所述液晶层的排列方向，以控制光的偏振方向； 第二偏振片，结合于所述液晶光导结构，具有第二偏振方向； 像素读出电路，连接于所述感光元件，用于将所述感光结构产生的电信号进行读出。
2.根据权利要求I所述的CMOS图像传感器的像素结构，其特征在于所述第一偏振方向与第二偏振方向的相位差为0 90度。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的像素结构，其特征在于所述第一偏振方向与第二偏振方向的相位差为90度。
4.根据权利要求I所述的CMOS图像传感器的像素结构，其特征在于所述第一偏振片、液晶层及第二偏振片共同控制像素结构的光导通率。
5.根据权利要求I所述的CMOS图像传感器的像素结构，其特征在于所述第一透明导电层及第二透明导电层的材料为氧化铟锡、锑掺杂氧化锡、氟掺杂氧化锡或铝掺杂氧化锌。
6.根据权利要求I所述的CMOS图像传感器的像素结构，其特征在于所述液晶层为扭曲向列相液晶。
7.一种包含如权利要求I 6任一项所述的像素结构的CMOS图像传感器,其特征在于，至少包括 像素结构，用于控制光导通率并将光信号转换成电信号后输出； 处理模块，连接于所述像素结构，用于接收所述像素结构输出的电信号，并判断其是否为饱和信号，若是，则输出控制信号，若否，则通过所述电信号并依据所述像素结构的光导通率计算出入射光的光强； 反馈控制模块，连接于所述处理模块及所述像素结构，用于在接收到所述处理模块输出的控制信号时，输出控制电压以控制所述像素结的光导通率，并向所述处理模块发送反馈信号以反馈所述像素结的光导通率的信息。
8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于所述控制电压分别施加于所述像素结构的第一透明导电层和第二透明导电层，以控制所述像素结构的光导通率。
9.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于所述处理模块接收到的电信号判定为饱和信号时，所述反馈控制模块向所述像素结构输出控制电压以降低所述像素结构的光导通率，直至所述电信号判定为非饱和信号。
全文摘要
本发明提供一种CMOS图像传感器及其像素结构，在感光元件上制备第一偏振片，具有透明电极结构的液晶层以及第二偏振片，通过控制所述透明电极的电压可以改变其间液晶材料排列方式，从而控制光偏振方向和导通率。本发明的CMOS图像传感器包括像素结构、处理模块及反馈控制模块，控制模块接收到电信号后进行判断，若为饱和信号，则输出控制信号至反馈控制模块，反馈控制模块向所述像素结构输出控制电压以逐渐降低光导通率，并向所述处理模块反馈信息，直至所述像素结构输出的电信号为非饱和信号时，所述处理模块反馈信息和电信号计算出实际的光强值。本发明大大地提高了CMOS图像传感器所能监测的光强值，从而大大地提高了感光的动态范围。
文档编号H04N5/374GK102647567SQ20121012884
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者方娜, 汪辉, 田犁, 苗田乐, 陈杰 申请人:上海中科高等研究院