[實用新型]一種新型的光學(xué)圖像傳感器裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720195472.2
• 申請日: 2007-11-02
• 公開（公告）號: CN201123053Y
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李志謙;朱恒宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京希格瑪和芯微電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種光學(xué)圖像傳感器，尤其涉及一種在像素單元內(nèi)部實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的光學(xué)圖像傳感器裝置。

背景技術(shù)

隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，圖像傳感器的應(yīng)用目前正在飛躍式地由數(shù)碼攝像機向數(shù)碼相機、手機與便攜終端，以及車載終端、監(jiān)視設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工廠自動化設(shè)備及科學(xué)測量儀器等領(lǐng)域擴大。

如圖1所示為傳統(tǒng)圖像傳感器—3T(3晶體管)結(jié)構(gòu)的APS(Active?PixelSensor)結(jié)構(gòu)圖。

在3T結(jié)構(gòu)的APS中，像素單元由一個復(fù)位晶體管M1、一個源極跟隨器M2、一個行選通晶體管M3和一個光電器件I1組成。其中的M1、M2開關(guān)被拉至高電位VDD。

該結(jié)構(gòu)的讀取過程是按列進行的，每次讀取一列。像素單元在RST信號控制下，首先進入“復(fù)位狀態(tài)”，M1打開，對I1復(fù)位；然后進入“取樣狀態(tài)”，M1關(guān)閉，光照射到I1上產(chǎn)生光生載流子，并通過M2放大輸出；最后進入“讀出狀態(tài)”，M3在Row?Select控制下打開，信號通過列總線輸出。

在3T結(jié)構(gòu)的APS中，A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換是在像素陣列外面進行的，也就是說，信號通過列總線輸出后，經(jīng)過一個A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。因此，該裝置在將模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的過程中，需要經(jīng)過多次A/D轉(zhuǎn)換，并且，各個像素單元的A/D轉(zhuǎn)換并不是同時進行的。這就影響了其將模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換速度，同時，在轉(zhuǎn)換的過程中，會有多種噪聲干擾，影響了圖像質(zhì)量。

實用新型內(nèi)容

為了解決上述問題，本實用新型提供一種光學(xué)圖像傳感器裝置，包括：計數(shù)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、像素陣列；

計數(shù)器，用于產(chǎn)生順序遞增的二進制數(shù)據(jù)；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生由低到高單調(diào)增加的階梯電壓模擬信號；

像素陣列，由多個像素單元組成。

其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的階梯電壓模擬信號，是根據(jù)計數(shù)器中的數(shù)據(jù)而生成，并與之相對應(yīng)；

其中，像素單元，包括一個光電器件、一個受控比較器和一組存儲單元。

其中的光電器件，是一個光電二極管，用于接收光線，并產(chǎn)生一個對應(yīng)的模擬信號。

其中的受控比較器，具有控制端口A，連接比較器控制信號(WIN)；具有第一輸入端口B，連接光電器件；具有第二輸入端口C，連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器；具有輸出端口D，連接所述存儲單元。

受控比較器在WIN控制下，將光電器件中的模擬信號與數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供的模擬信號進行比較，生成一個數(shù)字信號：

當(dāng)WIN為高電平，且光電器件中的模擬信號大于數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供的模擬信號時，受控比較器輸出為低電平信號；

當(dāng)WIN為高電平，且光電器件中的模擬信號小于數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供的模擬信號時，受控比較器輸出為高電平信號；

當(dāng)WIN為低電平，受控比較器輸出為低電平信號。

其中的存儲單元，具有寫入信號控制端口E，連接受控比較器；具有讀出信號控制端口F，連接外部讀出控制信號READ；具有雙向數(shù)據(jù)傳輸端口G，連接計數(shù)器，讀取所述計數(shù)器中的數(shù)據(jù)，并與外部連接，向外部輸出存儲單元中的存儲數(shù)據(jù)。

存儲單元根據(jù)受控比較器的輸出信號存儲數(shù)據(jù)：

當(dāng)受控比較器的輸出信號為高電平時，存儲單元存儲當(dāng)前計數(shù)器數(shù)值；

當(dāng)受控比較器的輸出信號為低電平時，存儲單元保持原有的存儲內(nèi)容。

本實用新型通過一個計數(shù)器、一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及像素陣列中各像素單元內(nèi)部的受控比較器和存儲單元進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，不再需要像素陣列外的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而且所有像素單元中的模數(shù)轉(zhuǎn)換都是同時進行的。

這就縮短了整個系統(tǒng)模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的時間，消除了傳輸器件輸出引起的噪聲，而且減小了由于轉(zhuǎn)換時間不同引起的噪聲。

另外，本實用新型中，在傳感器單元內(nèi)部使用受控比較器，該結(jié)構(gòu)可以極大的避免因為噪聲引起的誤觸發(fā)。

本實用新型的光學(xué)圖象傳感器，在執(zhí)行信號處理功能的同時，輸出數(shù)字信號，縮短了整個系統(tǒng)的圖像轉(zhuǎn)換時間，抑制了多種噪聲干擾，提高了圖像質(zhì)量，因而更加實用，具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

通過以下附圖，結(jié)合對本實用新型優(yōu)選實施方式的描述，本實用新型的其他特點、目的和效果將變得更加清楚和易于理解。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)光學(xué)圖像傳感器結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實用新型的光學(xué)圖象傳感器結(jié)構(gòu)圖；

圖3為像素單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為在像素單元內(nèi)實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法示意圖；

圖5為計數(shù)器與階梯波對應(yīng)波形示意圖；

圖6為控制信號WIN波形示意圖。