[发明专利]用于用图像传感器来获取数据的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于用图像传感器来获取数据的方法，该传感器显示出大量的像素，该传感器使用复位来使像素进入预定状态，该方法包括步骤：使像素的电压复位、第一次读取像素的电压、得到用于像素的第一读出值、第二次读取每个像素的电压、得到用于像素的第二读出值，以及确定像素的第一和第二读出值之间的差。

此类方法被称为相关双重取样（CDS）并在例如美国专利号US6,969,879B2中有所描述。该方法用来减少例如CMOS传感器中的固定模式噪声（FPN）和复位噪声（RN）。

背景技术

在CMOS传感器中的大量的敏感元件以光电二极管的形式被布置在阵列中，还被称为像素。这些像素中的每一个能够被选择性地连接到模拟数字转换器（ADC），并将像素上的电压数字化。像素上的电压是诸如光的撞击辐射的结果。应注意的是CMOS检测器常常装配有大量的ADC，每个ADC被分配给一组像素。

复位之后的像素上的电压对于不同的复位而言是不同的。通过测量复位之后的像素上的电压，并且然后在积分时间之后将其读出，能够通过将两个值相减来确定没有复位噪声的信号。

通过确定所有像素的信号，帧被读出。一次读出所有像素（整个帧）所花费的时间的倒数称为帧速率。

用于所述CDS方法的缺点是对于每个图像而言，需要将传感器的所有像素读出两次。这限制能够用来将传感器读出的最大帧速率，并且引入CDS实际上将帧速率减半。

当将图像传感器用于直接粒子检测时，诸如直接电子检测，单粒子检测是优选的。并且当使用X射线时，优选单事件检测以确定X射线光子的能量，并例如将两个低能量光子与一个高能量光子区别开。然后用一个或一组相邻像素上的信号来确定撞击在检测器上的单粒子或X射线光子的发生。传感器的读出速度一定足够高以具有由读出之间的一个像素检测到的两个粒子或光子的可忽略的机会。原因是由撞击粒子生成的信号可能改变，并且因此不能可靠地确定例如一个和两个或三个和四个粒子之间的差。针对源自于一个撞击电子的信号变化的描述，参见例如M. Battaglia等人在Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A：Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment（2009），Vol. 605，Issue：3，350～35页（还称为Battaglia）中的 “CMOS Pixel Sensor Response to Low Energy Electrons in Transmission Electron Microscopy”，具体地图1。

发明内容

需要能够用与使用CDS的传感器相同的其它标准的性能以高帧速率进行读出的传感器。

本发明的目的是提供一种能够用来在没有性能损失的情况下以比使用CDS时更高的帧速率来操作标准图像传感器的方法。

为此，根据本发明的方法的特征在于

·第三次读取像素的电压、得到第三读出值的后续步骤，

·在第二次读取像素的电压的步骤与第三次读取像素的电压的后续步骤之间不发生复位，以及

·通过用第三读出值减去第二读出值来确定第二信号的步骤。

本发明是基于在阱溢出之前的阱的容量（能够存储在像素中的电荷或信号或电压的量）、即所谓的满阱容量比从一个撞击粒子得到的电荷大许多倍的认识。通常，满阱容量与至少10个入射粒子相对应。通过首先使像素复位并随后读出像素N＝1..Nmax次，并且通过逐对地用第N值减去第N-1值来确定每个读出循环的信号，需要生成较少的复位。

当读取M个图像时，现有技术CDS方法使用2×M个读出循环，而当使用根据本发明的方法时，仅需要M+1个读出循环。因此，结果是大大改善的读出速度。

本发明是特别有价值的，因为能够在标准、未修改的传感器上执行该方法。

在优选实施例中，本发明用来检测粒子，诸如中子、正电子、电子和/或X射线。

此类粒子通常是用与检测光时的光子的通量相比低的通量来检测的。在一个像素处发生大量事件的可能性常常是可忽略的。并且先前所述的粒子计数常常是优选的。比现有技术方法提供更高帧速率的根据本发明的方法则比现有技术方法更适合。

应注意的是当检测光时也可以使用该方法，但是不可能的是在不发生阱的溢出的同时要求快速读出，或者使用光子计数。然而，如果这是优选的，例如针对光子计数，则根据本发明的方法可能是有利的。