[發明專利]能夠模擬和數字求和的刷卡機線性圖像傳感器及對應方法

有效

• 申請號: 201180022216.2
• 申請日: 2011-05-03
• 公開（公告）號: CN102870406A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: F·馬耶爾;V·伊邦;H·比涅;J·瓦揚
• 申請（專利權）人: E2V半導體公司
• 主分類號: H04N5/372
• 分類號: H04N5/372
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 舒雄文;王英

技術領域

本發明涉及利用信號積分的掃描線性圖象傳感器（或TDI傳感器，來自表達“時間延遲積分線性傳感器”），其中通過由多條感光行所拍攝的連續圖像的相加來重構來自所觀察的場景的一行點的圖像，當場景垂直于行移動穿過傳感器時，所述多條感光行相繼觀察場景的同一行。

背景技術

例如，這些傳感器用于基于衛星的地球觀察系統。它們包括多條平行的感光像素行；相對于場景和傳感器的相對運動來同步不同行的控制電路的排序（用于控制曝光時間和用于讀取光生電荷的時間），以便傳感器的所有行看見所觀察的場景的單個行。然后，對所觀察的行的每一點，以點對點的方式將所產生的信號相加。

以傳感器的行的數量N的平方根的比提高理論信噪比。這個數量可以取決于應用（工業控制、地面觀察、全景牙科放射照相或乳房放射照相）而在數行至約一百行之間變化。

在電荷轉移傳感器（CCD傳感器）中，通過與場景和傳感器的相對運動同步，將在前一像素行中產生并累加的電荷轉儲至一行像素中，以沒有讀取噪聲的自然方式將信號逐點地相加。隨后，可以將具有累加的N倍的由所觀察的場景行所產生的電荷的最后一行像素轉移至輸出寄存器，并且在讀取步驟期間，將其轉換為電流或電壓。

已經在利用由至少兩層多晶硅制成的相鄰傳輸門的常規技術中使用了這種類型的電荷轉移傳感器，第二層部分地覆蓋第一層，還在利用當今制造CMOS邏輯集成電路的方法更加兼容的單個多晶硅柵極層的技術中使用了該電荷轉移傳感器。

顯然，如果每一像素必須能夠存儲從N個像素接收到的電荷的相加所產生的電荷，則其必須具有比如果它僅必須存儲其自身的電荷高得多的存儲容量。否則將會存在像素飽和的風險。為了避免這種情況，必須增大像素的尺寸，由此對傳感器的分辨率產生不利的影響。

發明內容

為了在沒有過高噪聲的情況下進行電荷積分，同時允許在沒有從其它像素接收累加電荷的像素的過高飽和的風險的情況下的電荷相加，本發明提出了一種用于操作能夠求和的掃描圖像傳感器的方法，所述掃描圖像傳感器允許由多行感光像素的行相繼對同一圖像行的同步讀取以及對由不同行讀取且對應于所述同一像素行的信號的逐像素求和。在此方法中，提出了將像素的行劃分成多個組；通過（在列中）從像素至像素地逐步累加對應于同一圖像點的電荷的電荷轉移，在行的每一組中以模擬的方式執行所述求和；讀取電路讀取每一組的最后一行像素的電荷，其中所述讀取電路與所述最后一行關聯；所述讀取電路對每一像素執行電荷-電壓轉換；由列導線（列導線的數量等于每一行的像素的數量）向相應的數字化電路發送所述轉換所產生的模擬信號，所述數字化電路針對每一列建立對應于每一模擬信號（即，行的每一組）的數字值，并且在每一列中將對應于行的各個組的多個數字值加在一起，所述行的各個組在所述掃描期間已經看見所述同一圖像行。

因此，由電荷轉移和像素組中的累加的低噪聲的模擬求和與模擬求和的結果的數字求和結合，所有這些求和與在掃描期間所觀察的同一像素行有關。

更精確地，本發明提出了一種能夠求和的掃描圖像傳感器，其允許由多行感光像素相繼對同一圖像行的同步讀取以及對由不同行讀取的信號的逐像素求和，其特征在于，所述傳感器包括：

-M組的陣列，每組具有N行像素，每行具有P個像素，所述陣列產生與照度成比例的電荷，這些像素布置在第j列中的P個電荷轉移寄存器中，其中j在1至P之間變化，允許將第m（m=1至M）組的第j列的N個像素中所收集的電荷逐步累加在所述組的第N行像素的第j個像素中，

-在像素陣列內，用于讀取一組像素的第N行的P個像素中所收集的電荷的M行讀取電路（READ_m，j），每行具有P個讀取電路，第m行的讀取電路以行布置，且所述行的每一第j（j＝1至P）個讀取電路連接至相應的第j個列導線，所述列導線為不同行的所有的第j個讀取電路所共用，以便在所述導線上提供模擬電信號，所述模擬電信號基于在像素行的任一組的第N行的第j個像素中所累加的電荷，

-在所述像素陣列外部，M行數字化電路，每行具有P個數字化電路，所述行的第j個數字化電路包括用于采樣出現在第j個列導線上的模擬信號的采樣器以及用于提供所述模擬信號的數字值的模數轉換器，以及

-數字值的求和裝置，所述求和裝置能夠將從所述轉換器獲得的且對應于多個模擬信號的采樣的數字值加在一起，所述多個模擬信號全部對應于對所觀察的圖像行中的第j個同一圖像點的觀察。

這種結構將N個連續的行上的具有低噪聲的模擬電荷求和與所述模擬求和的結果的數字求和結合，這種數字求和可以實現高速。