图像传感器的扫描电路的制作方法

文档序号:7605976阅读:186来源:国知局
专利名称:图像传感器的扫描电路的制作方法
技术领域
本发明涉及用于读取由多个像素光传感器电路组成的图像传感器的像素信号的扫描电路,每一所述的像素光传感器电路代表一个单位像素,并能够在光电转换单元中产生与落在其上的入射光数量成比例的光电流。
背景技术
日本公开专利公开号2000-32961公开了一种常规的图像传感器,其中,如图1中所示,被用作为单位像素的像素光传感器电路包括用作用于产生与落在其上的入射光Ls的数量成比例的传感器电流的光电转换单元的光电二极管PD,用于将产生于光电二极管中的传感器电流转换为电压信号Vpd的在弱逆(weak inverse)状态中具有对数输出特性的晶体管Q1,用于放大电压信号Vpd的晶体管Q2和用于根据读出信号Vs的定时脉冲输出传感器信号Vo的晶体管Q3,并且其中,该电路的特征在于,通过给出对数特性的输出而获得其宽广的动态范围,从而达到检测光信号的高灵敏度。
图2示出了包括多个上述的被安置用于构成像素矩阵的像素光传感器电路的图像传感器的示例性结构,其中通过按时序扫描而读取来自各像素的传感器信号。
图2中示出的图像传感器由安置于像素电路矩阵中的4×4的像素D11-D44所组成,其中,通过从像素行选择电路1中连续输出的各选择信号LS1-LS4,逐个地选择像素行,并且在每一所选择的像素行中的像素被逐个地读出为各传感器信号,其采用这种方式,即从像素选择电路2中连续输出的选择信号DS1-DS4接通组3中的相应的开关SW11-SW14,以便按时序读取各像素信号Vo。在图2中,标号4指定了用于晶体管Q1的门电压VG的电源,而标号6指定了用于晶体管Q1的漏极电压VD的电源。图像传感器配有用于通过各基准电阻R1-R4将偏压+Vcc施加于一行中的各像素的输出端之上的偏置电路7,藉此,各像素传感器信号So被输出为电压信号Vo。
图像传感器也提供有电压转接电路5,以便通过在控制电路(未示出)的控制下在规定的时段将晶体管Q1的漏极电压VD从高电平H改变为低电平L而移除在每一像素光传感器电路的寄生电容C中累积的电荷,在检测像素信号Vo之前初始化每一像素光传感器信号电路,从而防止由于寄生电容中剩余电荷的影响而出现每一像素的余辉。
像素行选择电路1和像素选择电路2分别由在控制电路(未示出)的控制下彼此被同步驱动的移位寄存器电路所组成。
图3示出了上述的图像传感器的各部分的操作的时间图。
不过,上述的图像传感器涉及了这样的问题,即,当接通开关SW11-SW14以便从各像素中读取各传感器信号Vo时,由于每一像素的输出晶体管Q3的小电流容量,需要花时间使电压信号上升到偏置电路7所规定的值,从而导致了从各像素中按时序读取的像素传感器信号的偏差。作为这种情况的结果,图像传感器无法以高速读取各像素信号。
为解决上述的问题,试图通过在输出开关的组3和偏置电路7之间提供缓冲电路8而增加读取传感器信号的速度,如图4所示,以使根据每一像素的光电电流在每一寄生电容C充电的过程中从各像素所读取的像素光传感器信号Vo能够被存储于缓冲放大器BF1-BF4中。
这种尝试的缺点在于,它伴随着图像传感器的功耗的显著增加,因为接通了所有的缓冲放大器BF1-BF4。
日本公开专利公开号H09-93492也公开了一种常规的图像传感器,其中,交替地接通两个移位寄存器用于从电荷耦合器件(CCD)中读取像素信号,以在读取两个信号时建立一个像素的延迟。这使图像传感器能以增加的速度读出像素信号,并以高稳定性输出所述的像素传感器信号。
将由本发明解决的问题在于,常规的图像传感器使用多个像素光传感器电路,每一像素光传感器电路代表一个单位像素并能够产生与流在光电转换单元中的光电流相对应的传感器信号,当读取传感器信号时,所述的常规图像传感器需要时间使传感器信号达到规定的电压值,导致了按时序读出的传感器信号的偏差,并从而使得增加读取像素信号的速度变为不可能。

发明内容
因此,本发明的一个目的是提供用于从使用光传感器电路的图像传感器中读出光传感器(像素)信号的扫描电路,其中每一所述的光传感器电路代表一个单位像素并能够产生与流在光电转换单元中的光电流相对应的像素光传感器信号,该扫描电路能够使用通过预先接通各光传感器电路使每一光传感器信号饱和的简单的装置而稳定地以高速读取像素信号,从而消除了对提供用于临时存储各像素信号的缓冲电路和/或用于交替地读取彼此之间具有延迟的各像素信号的两个移位寄存器的需要。


图1是用作为图像传感器的单位元件的一个像素的光传感器电路的电路图。
图2是使用了多个光传感器电路的图像传感器的基本电路图,每个所述的光传感器电路代表了一个单位像素。
图3是将生成于图4的图像传感器的各部分之中的信号的时间图。
图4是在其输出端上提供了用于增加读取各像素信号的速度的缓冲电路的图像传感器的电路图。
图5是作为本发明实施例的图像传感器的扫描电路的电路图。
图6是说明了在图5所示的实施例中对接通开关和输出开关的操作的示例的时间图。
图7是作为本发明另一实施例的图像传感器的扫描电路的电路图。
图8是作为本发明另一实施例的图像传感器的扫描电路的电路图。
图9是作为本发明再一实施例的图像传感器的扫描电路的电路图。
图10是在图9所示的实施例中当将接通信号输入到移位寄存器电路时对接通开关和输出开关的操作的时间图。
图11是作为本发明的再一实施例的图像传感器的扫描电路的电路图。
图12是常规的树结构的缓冲电路的电路图。
图13是作为本发明的另一实施例的图像传感器的扫描电路的电路图。
图14是当将时钟信号仅给出到使输入信号移位所需的寄存器部分时驱动移位寄存器电路的驱动系统的示例的电路图。
图15是当将时钟信号仅给出到使输入信号移位所需的一组寄存器时驱动移位寄存器电路的驱动系统的示例的电路图。
图16是一组寄存器的示例的电路图。
图17是一组寄存器的示例的电路图。
具体实施例方式
在如图2所示构成的图像传感器中,根据本发明的扫描电路包括在各像素(光传感器电路)的输出端上提供的分别与偏置电路7的基准电阻R1-R4串联的开关SW21-SW24,如图5所示。在控制器(未示出)的控制之下读取各像素的光传感器信号Vo之前,通过特殊的移位寄存器电路10的影响逐个地接通开关SW21-SW24。因此,能够在相对长的时段中将偏压+Vcc施加于偏置电路7的基准电阻R1-R4,此时段的长度足以使各像素信号上升到饱和状态中所规定的值。在此状态中,像素选择移位寄存器电路9(像素选择电路2)逐个地接通各输出开关SW11-SW14,以便按时序读出各像素传感器信号Vo。
图6示出了接通开关SW21-SW24和输出开关SW11-SW14的操作。在图6中,将在相对长的时段T1中处于高电平的接通信号SB施加于移位寄存器电路10,其中,使所述的接通信号SB从一个寄存器以延迟时间T2移位到另一个,从而逐个地接通各开关SW21-SW24。将在以规定时序读出各像素传感器信号所需的时段T2中处于高电平的开关信号SA施加于移位寄存器电路9,以便在始于接通开关SW21-SW24的时段T1末端的时段T2中逐个地接通输出开关SW11-SW14。
图7说明了根据本发明的另一实施例的图像传感器扫描电路,其中,将包括了接通开关SW21-SW24的偏置电路7和移位寄存器电路9安置于像素阵列之上,并且将像素选择移位寄存器电路9和输出开关SW11-SW14的组3安置于像素阵列之下。
图8示出了本发明的另一实施例,其中,在输出开关SW11-SW14的组3和偏置电路7之间提供了缓冲电路8,以便各缓冲放大器BF1-BF4可以不被同时地驱动,而是通过移位寄存器电路10的影响顺序地接通各开关SW21-SW24而被顺序地驱动。因此本实施例能够更稳定地以高速读取像素传感器信号Vo。由于缓冲电路8中的缓冲放大器BF1-BF4不是被同时地驱动,而是被顺序地驱动,因此能够有效地节省元件的功耗。
图9说明了本发明的另一实施例,其提供有用于启动接通开关SW21-SW24和AND电路AND1-AND4的移位寄存器电路10,而无需使用用于选择像素的移位寄存器电路9(像素选择电路2)。
在此实施例中,将在时段T1中被维持于高电平的接通信号SB输入到移位寄存器电路10,其中,所述的接通信号SB被以时间延迟T2移位到随后的位置(寄存器)。通过在第二寄存器RG2的信号SB,由寄存器RG2的输出信号接通开关SW21。接着,寄存器RG3、RG4和RG5的输出依次地分别接通开关SW22、SW23和SW24。也通过已接收了第一寄存器RG1的负(NOT)输出信号和第二寄存器RG2的输出信号的AND电路AND1的输出而接通输出开关SW11。类似地,通过已接收了第二寄存器RG2的负(NOT)输出信号和第三寄存器RG3的输出信号的AND电路AND2的输出而接通输出开关SW12,通过已接收了第二寄存器RG2的负(NOT)输出信号和第三寄存器RG3的输出信号的AND电路AND3的输出而接通输出开关SW13,并最后通过已接收了第四寄存器RG4的负(NOT)输出信号和第五寄存器RG5的输出信号的AND电路AND4的输出而接通输出开关SW14。
图10说明了当接通信号SB被施加于移位寄存器电路10时,使接通开关SW21-SW24和输出开关SW11-SW14接通的顺序。
图11示出了本发明的另一实施例,其特征在于,在输出开关的组3和偏置电路7之间提供缓冲电路8,其中,能够由相应的接通开关SW21-SW24的ON信号顺序地驱动缓冲电路8的缓冲放大器BF1-BF4。
为实现包括了每一缓冲放大器具有有限的驱动能力的多个缓冲放大器的缓冲电路的高速操作,需要连接较小的负载到缓冲电路。出于此原因,将缓冲器电路构成为具有如图12中所示的树结构,通过该树结构能够降低每个缓冲放大器BF的负载。
图13例示了具有树结构的缓冲电路8的图像传感器扫描电路的示例。在此实施例中,通常在输出开关SW11-SW14的输出端上共同提供缓冲放大器BF5和输出开关SW15,并且通过AND电路AND2、AND3和AND4的输出信号输入到其中的OR电路OR1的输出而接通和切断输出开关SW15。
根据本发明,将使选择像素的移位寄存器电路9将接通信号SA顺序地移位到这里的寄存器所需的时钟信号以及使移位寄存器电路10将接通信号SB顺序地移位到这里的寄存器所需的时钟信号仅施加于将接通信号SA和SB移位到各自的下一部分所需的寄存器电路9和10的寄存器部分。
图14示出了用于驱动移位寄存器电路11的系统的示例,所述系统仅将时钟信号CK给出到需要被驱动以将输入信号SC移位到移位寄存器电路11的下一寄存器部分的寄存器部分。
在此示例中,当被移位到移位寄存器电路11的两个寄存器部分RG1和RG2的输入信号SC接着被移位到两个寄存器部分RG3和RG4时,RG1和RG2部分的输出Q1和Q2成为“1”,从而OR电路OR1、OR2和OR3成为1,并且通过AND电路AND1、AND2和AND3的时钟信号CK仅被给出到寄存器部分RG1、RG2和RG3。
能够选择性地将时钟信号仅给出到将输入信号SC移位到下一部分所需的寄存器部分的上述系统能够提供比常规系统节省功耗的优点,在常规系统中,通常将时钟信号CK给出到移位寄存器的所有寄存器部分,并使这些寄存器部分保持激活状态。当通过时钟信号CK使组成每一寄存器部分的触发器反转时,这能够有效地防止噪声的出现。
根据本发明,移位寄存器电路12具有寄存器组G1-G4,每一寄存器组由规定数量的寄存器组成,例如图15中所示出的。在所示的示例中,用于驱动寄存器电路12进入移位操作的时钟信号CK仅被施加于使输入信号SC.移位所需的寄存器组GX和G(X-1)(其中X=1-4)。在此示例中,如图16所示,组G由八个寄存器RG1-RG8组成。在如图16的情况中,通过连续的输入信号SC,不需要监视组G中的所有寄存器RG1-RG8的输出状态。例如,如图17所示,当输入信号SC通过寄存器RG1-RG8而存在时,能够通过监视寄存器RG1-RG8之中的三个寄存器RG2、RG4和RG6的输出状态而确认在组G内的输入信号SC的存在。在本实施例中,能够简化所述的配置。
本发明的工业适用性根据本发明的图像传感器扫描电路能够通过由组成图像传感器的预先接通的各传感器电路而使像素信号饱和,并能够按时序读取图像传感器的已饱和的像素信号,从而通过使用简单的装置达到稳定和高速地读出像素传感器信号,消除了对提供用于临时存储各光传感器信号的额外的缓冲电路或者用于交替地延迟像素信号的两个移位寄存器的需要。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、一种用于从由像素光传感器电路组成的图像传感器中读取像素传感器信号的图像传感器扫描电路,每一所述的像素光传感器电路代表一个单位像素并产生对应于在光电转换单元中流过的光电流的像素传感器信号,其中,在每一像素光传感器电路的输出端上提供具有基准电阻的通过接通开关将偏压施加于其上以便在读取像素传感器信号之前通过接通像素传感器电路使像素传感器信号饱和的偏置电路。
2、权利要求1中所述的图像传感器扫描电路,其中,所述的图像传感器扫描电路通过在接通开关的接通期间的结束期间接通输出开关而从每一像素光传感器电路中读取像素传感器信号。
3、权利要求1中所述的图像传感器扫描电路,其中,在偏置电路和输出开关之间提供缓冲电路。
4、权利要求2中所述的图像传感器扫描电路,其中,用于顺序地使接通信号移位到其中的寄存器的移位寄存器电路被用于顺序地接通输出开关或接通开关,并且将用于驱动移位寄存器电路进入移位操作的时钟信号仅给出到使接通信号移位所需的寄存器。
5、权利要求2中所述的图像传感器扫描电路,其中,用于顺序地使接通信号移位到规定数量的其中的寄存器的组的移位寄存器电路被用于顺序地接通输出开关或接通开关,并且将用于驱动移位寄存器电路进入移位操作的时钟信号仅给出到使接通信号移位所需的寄存器的组。
权利要求
1.一种用于从使用像素光传感器电路的图像传感器中读出像素光传感器信号的图像传感器扫描电路,每一所述的像素光传感器电路代表一个单位像素并能够产生对应于在光电转换单元中流过的光电流的像素光传感器信号,其中,所述的图像传感器扫描电路提供有用于通过预先接通每一像素传感器电路而使每一像素传感器信号饱和然后读取像素传感器信号的装置。
2.权利要求1中所述的图像传感器扫描电路,其中,在每一像素光传感器电路的输出端上提供具有基准电阻的通过接通开关将偏压施加于其上以便在读取像素信号之前通过接通像素光传感器电路使该像素信号饱和的偏置电路。
3.权利要求2中所述的图像传感器扫描电路,其中,所述的图像传感器扫描电路通过在接通开关的接通期间的结束期间接通输出开关而从每一像素光传感器电路中读取像素传感器信号。
4.权利要求2中所述的图像传感器扫描电路,其中,在偏置电路和输出开关之间提供缓冲电路。
5.权利要求3中所述的图像传感器扫描电路,其中,用于顺序地使接通信号移位到其中的寄存器的移位寄存器电路被用于顺序地接通输出开关或接通开关,并且将用于驱动移位寄存器电路进入移位操作的时钟信号仅给出到使接通信号移位所需的寄存器。
6.权利要求3中所述的图像传感器扫描电路,其中,用于顺序地使接通信号移位到规定数量的其中的寄存器的组的移位寄存器电路被用于顺序地接通输出开关或接通开关,并且将用于驱动移位寄存器电路进入移位操作的时钟信号仅给出到使接通信号移位所需的寄存器的组。
全文摘要
一种用于读取图像传感器中的每一像素的传感器信号的扫描电路,所述的图像传感器使用根据流经光电转换单元的光电流而产生传感器信号的光传感器电路作为像素,其中,提供了用于读取通过通电而预先使其饱和的每一像素的传感器信号的装置,以确保从图像传感器中快速和稳定地读取每一像素的传感器信号。
文档编号H04N5/335GK1781304SQ20048001136
公开日2006年5月31日 申请日期2004年4月15日 优先权日2003年6月11日
发明者古川诚, 篠塚典之, 栗田次郎 申请人:本田技研工业株式会社
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