[發明專利]具有列讀取的成像器

有效

• 申請號: 201210599313.4
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103281493A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: A·托伊威森
• 申請（專利權）人: 哈維斯特成像公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/378
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 焦玉恒

技術領域

本發明涉及圖像感測，例如醫療成像、機動車成像、機器視覺、夜視、數字攝影或數字攝像成像。本發明涉及用于探測輻射的設備和方法，并且特別涉及在像素列上快速讀取被探測的輻射的設備和方法。

技術背景

圖像傳感器中有一種類型是有源像素傳感器(APS)。APS圖像傳感器一般使用金屬氧化物半導體(MOS)處理技術來制造，特別例如互補金屬氧化物半導體(CMOS)處理技術，一般稱為(C)MOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器通過光電效應將射入的輻射(光子)轉化為電荷(電子)來感測光。CMOS圖像傳感器的每一個像素一般包括光接收器(例如光電二極管)和數個CMOS晶體管。

現有CMOS圖像傳感器包括但不限于，三晶體管(3T)和四晶體管(4T)像素器件。也具有多于四個晶體管的像素器件。在這一類型的圖像傳感器中的像素電路一般包括用于將光接收器電壓緩沖到列線上的源極跟隨晶體管。

圖1中示意了現有的像素配置。圖1只作為例子描述了用于CMOS圖像傳感器的4T像素10。在像素中的所有晶體管均是MOS晶體管。在圖1中示出的像素10包括光接收器11，在這個例子中示意為PIN光電二極管PPD，用于將沖擊輻射轉化為電荷。所述像素10進一步包括用于向傳感節點16轉移由光接收器11產生的電荷的采樣和保持晶體管12，用于重置所述傳感節點到一初始值的重置晶體管13，用于將所轉移的電荷轉化為電壓的源極跟隨晶體管14，以及用于將所述電壓實際上施加到列線上的選擇晶體管15。

在圖2中示意了CMOS圖像傳感器20的典型配置。所述圖像傳感器20包括排布成n行和m列的像素10的二維陣列21。在圖2所示意的例子中，有7行和10列。在陣列中的像素10可以是任一合適類型的像素，例如是圖1中所示意的像素。

一般在現有的系統中，排布在陣列21中列上的所有像素10與用于讀取像素10中產生并儲存的像素信息的列總線OUT相連接。來自CMOS圖像傳感器的像素信息一般一行一行地順序讀取。這一順序讀取技術通過水平和豎直掃描電路來實現。在圖2種沒有顯示這些數字部分。

現有的讀取過程可以從陣列的頂部，底部或任一隨機選定的行開始，但是在任何情形下，行都是一個接一個的讀取。這意味著首先讀取第一行像素的像素信息，隨后讀取一般與第一行相鄰的第二行像素的像素信息，如此等等。

與這種傳感器的讀取方式相配的傳統時序(timing)可以如下(基于每個像素中具有四個晶體管的PIN光電二極管器件，如在圖1中所示意)：

a)由重置晶體管13重置一特定行的所有像素；

b)激活選擇晶體管15，且將源極跟隨器14連接到偏置電流；

c)由列的模擬電路22對重置水平進行采樣；

d)激活采樣和保持晶體管12，且電子從所述光接收器11向所述傳感節點進行轉移；

e)由列的模擬電路22對實際視頻水平進行采樣；

f)當獲得了所述兩個采樣(重置水平和實際視頻水平)時，將它們在模擬域中相減；

g)模擬信號經由AD轉換器23被轉換為數字域；

h)數字數據被多路復用(multiplexed)且經由數字輸出總線24轉移離開芯片。

因此，為了讀取單獨一條線上像素的像素信息需要從a)到h)的完整循環，這會占據一完整的線時間。通過簡單計算，以具有6000列和4000行、且5幀/秒的傳感器為例，總幀時間將會是200ms。總的可用線時間將會為1/(4000*5)＝0.05ms。

在對來自傳感器的完整信息不感興趣而僅關心一列信息的情形下，仍然需要讀取完整的傳感器，這是因為讀取機構基于逐線的系統。在之前提到的情形下，將會需要200ms來讀取單獨一列像素的像素信息。

發明內容

本發明實施例的一個目的在于提供一種改進的，例如更快地讀取，列像素上的數據的方法和系統。

通過根據本發明的方法和設備可實現上述目的。