[发明专利]用于高动态范围图像传感器感测阵列的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及图像传感器领域，并且更具体地，涉及包括一个或多个有源和/或无源图像传感器结构，从而可以用每个图像传感器结构获得极大扩展的光电响应的图像传感器阵列。

背景技术

摄影是借助于光的作用形成图片的处理。光是通常被用于人眼可视频率范围内的电磁辐射的术语。从物体反射或发射的光图案通过定时曝光被记录在图像传感器上。图像传感器本质上可以是化学的(诸如胶片)，或本质上为固态的(诸如数字静态照相机和摄像机所采用的CCD和CMOS图像传感器)。

数字照相机具有聚焦光以便形成场景图像的一系列镜头。不是如传统照相机那样将这种光聚焦到一张胶片上，数字照相机将光聚焦到图像传感器上，图像传感器将光的电磁辐射转换为电荷。图像传感器被称为图片元件或“像素”。电荷指示由图像传感器察觉到的电磁辐射的相对强度，并且一般地被用于将光强值与像素相关联。

图1示出了可被包括在一种可能的实现10内的若干组件，借助于该实现10捕捉自然场景，以便形成电子图像。系统10包括信号源100和包括积分器110、模数转换器(ADC)120和数字信号处理器(DSP)130的信号处理链。

积分器110的输出V_OUT被输入到ADC 120。ADC 120执行模数转换功能。模数转换功能是本领域公知的。出现在ADC 120的输入处的模拟信号V_OUT被转换为出现在ADC 120的输出处的信号V_D。V_D可以取一组离散值(discrete level)中的一个，所述值通常但不总是以伏特为单位被测量。作为例子，ADC 120输出的另一种测量单位可以是安培。

作为例子，信号源100可以是在定时应用(timed application)，诸如在数字照相机应用中使用的光强传感器，其中传感器在指定的持续时间内被进入光曝光，该持续时间通常被称为曝光时间。然后，积分器110用作将在曝光时间期间接收到的所有光子所引起的传感器100的响应积分为在曝光时间结束时要读出的一个输出值的功能。作为例子，积分器110输出值可以是以伏特为单位测量的电压。

图2是一种可能的图像传感器结构方框图的简化图示。信号源1000是光传感器，作为例子，其可以是光电二极管。组件1040是简单积分器，作为例子，它可以是电容器。积分器的输入是信号源1000的输出。在开始积分处理之前，积分器1040被处于闭合位置的开关1050重置。迅速重置积分器1040的状态的能力是图像传感器操作的重要方面。在积分处理开始时，开关1050断开，并且积分器1040上的电压开始响应源自信号源1000的输入信号改变。在积分处理结束时，开关1030闭合，并且积分器输出1060V_OUT被采样。图2是一个说明性图示并且具有相同功能的其它类似图像传感器结构的实现是本领域技术人员公知的。

在图2的简化图像传感器结构方框图的替换和等同操作模式中，具体化为例如电容器1040的积分器被开关1050重置到高电压V+或POWER，而不是V-或GROUND(地)。在积分处理开始时，开关1050断开，并且积分器1040上的电压开始响应源自信号源1000的输入信号改变。在积分处理结束时，开关1030闭合并且积分器输出1060V_OUT被采样。

图2作为例子示出的图像传感器结构的简化方框图受到某些性能限制。此处作为例子描述一个这种限制，即动态范围，以及辨析其原因的解释。积分器输出1060V_OUT一般不能超过由可获得的电源电压所强加的上限。由于严格的功耗要求，现有技术装置中的电源电压不断下降。积分器输出1060不能超过电源电压，并且如果积分器输出信号在达到电源电压电平之后试图增加时，则积分器输出1060将饱和。