[发明专利]具有列读取的成像器

说明书

技术领域

本发明涉及图像感测，例如医疗成像、机动车成像、机器视觉、夜视、数字摄影或数字摄像成像。本发明涉及用于探测辐射的设备和方法，并且特别涉及在像素列上快速读取被探测的辐射的设备和方法。

技术背景

图像传感器中有一种类型是有源像素传感器(APS)。APS图像传感器一般使用金属氧化物半导体(MOS)处理技术来制造，特别例如互补金属氧化物半导体(CMOS)处理技术，一般称为(C)MOS图像传感器。CMOS图像传感器通过光电效应将射入的辐射(光子)转化为电荷(电子)来感测光。CMOS图像传感器的每一个像素一般包括光接收器(例如光电二极管)和数个CMOS晶体管。

现有CMOS图像传感器包括但不限于，三晶体管(3T)和四晶体管(4T)像素器件。也具有多于四个晶体管的像素器件。在这一类型的图像传感器中的像素电路一般包括用于将光接收器电压缓冲到列线上的源极跟随晶体管。

图1中示意了现有的像素配置。图1只作为例子描述了用于CMOS图像传感器的4T像素10。在像素中的所有晶体管均是MOS晶体管。在图1中示出的像素10包括光接收器11，在这个例子中示意为PIN光电二极管PPD，用于将冲击辐射转化为电荷。所述像素10进一步包括用于向传感节点16转移由光接收器11产生的电荷的采样和保持晶体管12，用于重置所述传感节点到一初始值的重置晶体管13，用于将所转移的电荷转化为电压的源极跟随晶体管14，以及用于将所述电压实际上施加到列线上的选择晶体管15。

在图2中示意了CMOS图像传感器20的典型配置。所述图像传感器20包括排布成n行和m列的像素10的二维阵列21。在图2所示意的例子中，有7行和10列。在阵列中的像素10可以是任一合适类型的像素，例如是图1中所示意的像素。

一般在现有的系统中，排布在阵列21中列上的所有像素10与用于读取像素10中产生并储存的像素信息的列总线OUT相连接。来自CMOS图像传感器的像素信息一般一行一行地顺序读取。这一顺序读取技术通过水平和竖直扫描电路来实现。在图2种没有显示这些数字部分。

现有的读取过程可以从阵列的顶部，底部或任一随机选定的行开始，但是在任何情形下，行都是一个接一个的读取。这意味着首先读取第一行像素的像素信息，随后读取一般与第一行相邻的第二行像素的像素信息，如此等等。

与这种传感器的读取方式相配的传统时序(timing)可以如下(基于每个像素中具有四个晶体管的PIN光电二极管器件，如在图1中所示意)：

a)由重置晶体管13重置一特定行的所有像素；

b)激活选择晶体管15，且将源极跟随器14连接到偏置电流；

c)由列的模拟电路22对重置水平进行采样；

d)激活采样和保持晶体管12，且电子从所述光接收器11向所述传感节点进行转移；

e)由列的模拟电路22对实际视频水平进行采样；

f)当获得了所述两个采样(重置水平和实际视频水平)时，将它们在模拟域中相减；

g)模拟信号经由AD转换器23被转换为数字域；

h)数字数据被多路复用(multiplexed)且经由数字输出总线24转移离开芯片。

因此，为了读取单独一条线上像素的像素信息需要从a)到h)的完整循环，这会占据一完整的线时间。通过简单计算，以具有6000列和4000行、且5帧/秒的传感器为例，总帧时间将会是200ms。总的可用线时间将会为1/(4000*5)＝0.05ms。

在对来自传感器的完整信息不感兴趣而仅关心一列信息的情形下，仍然需要读取完整的传感器，这是因为读取机构基于逐线的系统。在之前提到的情形下，将会需要200ms来读取单独一列像素的像素信息。

发明内容

本发明实施例的一个目的在于提供一种改进的，例如更快地读取，列像素上的数据的方法和系统。

通过根据本发明的方法和设备可实现上述目的。