[發(fā)明專利]成像器件及照相機系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110287493.8
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102572319A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 西原利幸
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號: H04N5/369
• 分類號: H04N5/369
• 代理公司: 北京信慧永光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11290
• 代理人: 陳桂香;武玉琴

相關(guān)申請的交叉參考

本申請包含與2010年10月1日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP?2010-224235所公開的內(nèi)容相關(guān)的主題，因此將該日本優(yōu)先權(quán)申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及成像器件(例如CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器等)以及照相機系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，在醫(yī)藥或生物技術(shù)領(lǐng)域中，對從身體發(fā)出的微弱發(fā)光或熒光進行測量或成像變得日益活躍。

在醫(yī)療或安全領(lǐng)域中，有一種技術(shù)已被產(chǎn)業(yè)化，該技術(shù)通過閃爍器(scintillator)將透射穿過身體的少量X射線轉(zhuǎn)換成可見水平的光子并對這些光子進行檢測以執(zhí)行透射成像(transmission?imaging)。另外，在醫(yī)療或安全領(lǐng)域中，還有一種技術(shù)也已被產(chǎn)業(yè)化，該技術(shù)通過閃爍器將由被注入人體中的少量輻射材料所產(chǎn)生的γ射線轉(zhuǎn)換成光子(例如單光子發(fā)射計算機斷層成像術(shù)(Single?Photon?Emission?Computed?Tomography，SPECT)或正電子發(fā)射斷層成像術(shù)(Positron?Emission?Tomography，PET))。

在此領(lǐng)域中進行成像時，針對極少量的光，使用光子計數(shù)器。

通常，光子計數(shù)器是一種使用雪崩二極管(avalanche?diode)或光電倍增管(photomultiplier?tube)的單一器件。

此種光子計數(shù)器將入射到光接收表面上的光子轉(zhuǎn)換成光電子、利用高電壓使這些光電子加速并通過碰撞產(chǎn)生二次電子來使這些光電子倍增，從而在輸出端處產(chǎn)生電壓脈沖。

脈沖數(shù)目一直是由連接至該器件的計數(shù)器器件進行測量。

盡管光子計數(shù)器具有高的測量精度，從而允許以一個光子為單位進行檢測，然而該系統(tǒng)頗為昂貴且用于測量的動態(tài)范圍也很窄。

通常，一個光子計數(shù)器可測量的光子數(shù)目為1秒大約100萬個至1000萬個。

另一方面，為在所要測量的相對較大量的光的范圍內(nèi)進行成像，使用光電二極管以及模數(shù)(analog-to-digital，AD)轉(zhuǎn)換器。

光電二極管累積經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電極電荷，并輸出模擬信號。AD轉(zhuǎn)換器將該模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

此種成像中的問題是模擬信號的傳輸所造成的噪聲以及AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。

為對少量的光進行檢測，需要抑制噪聲并且還需要增大AD轉(zhuǎn)換中的位數(shù)目以實現(xiàn)精細的斬波(chopping)。然而，為此，需要具有特高速度的AD轉(zhuǎn)換器。另外，如果使得具有大量像素以提高成像時的分辨率，則會顯著增大用于AD轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)尺寸。

基本上，噪聲低且精度高的光學檢測與大的動態(tài)范圍二者均是對少量光進行成像時所必需的。

然而，尚無滿足這兩種要求的器件。

舉例來說，為減少X射線成像中的曝光量，需要具有等效于光子計數(shù)器水平的精度。然而，在普通的光子計數(shù)器中，無法獲得足以用于進行成像的動態(tài)范圍。

另外，為提高分辨率，需要具有大量像素。然而，在此種情形中，包括計數(shù)器器件的系統(tǒng)非常昂貴。

另一方面，日本專利文獻JP-A-1995-67043提出一種使用時間分割(time?division)的新光子計數(shù)方法。

其通過執(zhí)行關(guān)于在固定周期中是否有光子入射到光電二極管上的二值判斷，并對通過重復進行該二值判斷多次而獲得的結(jié)果進行積分，來得到二維成像數(shù)據(jù)。

也就是說，在每一固定周期中對來自光電二極管的信號進行感測，并且如果該周期的入射光子的數(shù)目為1以上，則無論入射光子的數(shù)目如何，均使連接至各像素的計數(shù)器遞增1。

如果光子入射的頻率在時間軸上是任意的，則光子入射的實際數(shù)目與計數(shù)數(shù)目之間的關(guān)系遵循泊松分布(Poisson?distribution)。因此，如果入射頻率低，則上述關(guān)系變成近似線性的關(guān)系；而如果入射頻率高，則可執(zhí)行均勻校正。

然而，根據(jù)日本專利文獻JP-A-1995-67043中所揭露的技術(shù)，由于感測電路及計數(shù)器是每一像素所必需的，因此像素的開口面積被極大地減小。

日本專利文獻JP-A-2004-193675提出一種配置：在采取上述時間分割計數(shù)方法的同時，計數(shù)器設(shè)置于像素陣列外。然而，感測電路及存儲器仍然是每一像素所必需的。

即使計數(shù)器設(shè)置于像素陣列外部，也要為每一像素提供計數(shù)器。因此，芯片的電路尺寸被不可避免地增大。