感光像素电路、图像传感器和电子设备的制作方法

本申请属于图像，具体涉及一种感光像素电路、图像传感器和电子设备。

背景技术：

1、单光子雪崩晶体管(single-photon avalanche diode，spad)相比于常规互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，cmos)图像传感器(cmosimage sensor，cis)中的钳位感光二极管(pinned photodiode，ppd)，有着极高的敏感度，每一个光子(photon)照射在spad上均会激发出相应的电学信号，经过整流后形成方波脉冲信号，再经计数器计数后输出为像素信号。近年来，研究人员开始研究将spad替代ppd作为普通可见光rgb相机的cis的像素感光元件，以充分利用spad单光子感应级别的超高敏感度，在极夜场景中发挥超越人眼的成像能力。

2、但是现有基于spad的cis存在如图1所示的问题，在低光照环境下，由于环境中的光子数目较少，可以准确记录感应到的光子；在高光照环境下，由于环境中的光子数目众多，大量光子依次入射至spad像素上时，会产生一个连续的方波信号，因此造成入射的光子数远大于像素内计数器的计数。当拍摄光影变化复杂的图像时，某些低光照部分的像素输出的计数器计数和某些高光照部分的像素输出的计数器计数相同或相近，导致后端图像处理软件无法准确识别高光照像素和低光照像素，进而影响图像拍摄效果。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种感光像素电路、图像传感器和电子设备，能够解决现有基于spad的cis无法准确感光的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种感光像素电路，包括：开关元件、单光子雪崩晶体管、敏感度调节模块和计数模块；

3、其中，所述开关元件的第一端用于连接第一电压，所述开关元件的第二端用于接入开关控制信号，所述开关元件的第三端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端，所述单光子雪崩晶体管的第二端用于连接第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；

4、所述敏感度调节模块的第一输入端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端以在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下获取初始光感应信号，所述敏感度调节模块的第二输入端用于接入敏感度控制信号，所述敏感度调节模块的输出端连接所述计数模块的输入端，所述计数模块的输出端用于输出像素感光信号；

5、所述敏感度控制信号用于控制所述敏感度调节模块在第一工作状态和第二工作状态之间切换；所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下具有第一光敏感度，所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下具有第二光敏感度，所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。

6、第二方面，本申请实施例提供了一种图像传感器，包括第一方面所述的感光像素电路。

7、第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括第二方面所述的图像传感器。

8、在本申请实施例中，感光像素电路包括：开关元件、单光子雪崩晶体管、敏感度调节模块和计数模块；其中，所述开关元件的第一端用于连接第一电压，所述开关元件的第二端用于接入开关控制信号，所述开关元件的第三端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端，所述单光子雪崩晶体管的第二端用于连接第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；所述敏感度调节模块的第一输入端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端以在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下获取初始光感应信号，所述敏感度调节模块的第二输入端用于接入敏感度控制信号，所述敏感度调节模块的输出端连接所述计数模块的输入端，所述计数模块的输出端用于输出像素感光信号；所述敏感度控制信号用于控制所述敏感度调节模块在第一工作状态和第二工作状态之间切换；所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下具有第一光敏感度，所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下具有第二光敏感度，所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。这样，通过在基于单光子雪崩晶体管的感光像素电路中增加可通过敏感度控制信号控制工作状态的敏感度调节模块，可实现感光像素电路的光敏感度可调节，从而在实际应用中，能够根据实际环境入射的光子数控制敏感度控制信号的工作状态以调节光敏感度，保证感光像素电路能够准确识别高光照像素和低光照像素，进而提高图像拍摄效果。

技术特征：

1.一种感光像素电路，其特征在于，包括：开关元件、单光子雪崩晶体管、敏感度调节模块和计数模块；

2.根据权利要求1所述的感光像素电路，其特征在于，在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下，所述敏感度调节模块根据所述初始光感应信号和所述敏感度控制信号生成第二光感应信号，所述计数模块根据所述第二光感应信号生成所述像素感光信号并通过所述计数模块的输出端输出。

3.根据权利要求1所述的感光像素电路，其特征在于，所述敏感度控制信号为脉冲信号，改变所述敏感度控制信号的频率以控制所述敏感度调节模块在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。

4.根据权利要求1至3中任一项中所述的感光像素电路，其特征在于，所述敏感度调节模块包括非门和与门；

5.根据权利要求4所述的感光像素电路，其特征在于，在所述敏感度控制信号为第一脉冲信号的情况下，所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态；在所述敏感度控制信号为第二脉冲信号的情况下，所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态；所述第一脉冲信号的脉冲频率低于所述第二脉冲信号的脉冲频率。

6.根据权利要求4所述的感光像素电路，其特征在于，所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下，所述敏感度调节模块在单位时间内接收到的所述敏感度控制信号中包含的脉冲个数为m；所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下，所述敏感度调节模块在单位时间内接收到的所述敏感度控制信号中包含的脉冲个数为n，m和n均为正整数，且m小于n。

7.根据权利要求4所述的感光像素电路，其特征在于，在所述开关控制信号控制所述开关元件断开，且所述敏感度控制信号为持续高电平信号的情况下，所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态；

8.根据权利要求1所述的感光像素电路，其特征在于，在环境光亮度低于亮度阈值的情况下，通过所述敏感度控制信号控制所述敏感度调节模块工作于所述第一工作状态；在环境光亮度高于亮度阈值的情况下，通过所述敏感度控制信号控制所述敏感度调节模块工作于所述第二工作状态。

9.根据权利要求1所述的感光像素电路，其特征在于，所述敏感度控制信号为模拟信号，改变所述敏感度控制信号的电压大小以控制所述敏感度调节模块在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。

10.根据权利要求1、2或9所述的感光像素电路，其特征在于，所述敏感度调节模块包括比较器；

11.根据权利要求10所述的感光像素电路，其特征在于，所述比较器为同相比较器，降低所述敏感度控制信号的电压，使所述敏感度调节模块工作于所述第一工作状态；增大所述敏感度控制信号的电压，使所述敏感度调节模块工作于所述第二工作状态；

12.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的感光像素电路。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，包括多个所述感光像素电路，多个所述感光像素电路阵列设置；

14.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求12或13中所述的图像传感器。

技术总结
本申请公开了一种感光像素电路、图像传感器和电子设备，属于图像技术领域。感光像素电路包括开关元件、单光子雪崩晶体管、敏感度调节模块和计数模块；开关元件第一端用于连接第一电压，第二端用于接入开关控制信号，第三端连接单光子雪崩晶体管第一端，单光子雪崩晶体管第二端用于连接第二电压；敏感度调节模块第一输入端连接单光子雪崩晶体管第一端，敏感度调节模块第二输入端用于接入敏感度控制信号；敏感度控制信号用于控制敏感度调节模块在第一工作状态和第二工作状态之间切换；感光像素电路在敏感度调节模块分别在处于第一工作状态和第二工作状态下具有第一光敏感度和第二光敏感度，第一光敏感度大于第二光敏感度。

技术研发人员：罗轶
受保护的技术使用者：维沃移动通信有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16