一种带有分段积分读出电路的nm0s线阵图像传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，输出信号通过一个选通开关与视频信号线连接；偏置电压通过串联电阻与输出信号端连接；某个像元的读出开关导通时，如果对应的选通开关关断，电路处于开路状态，像元中的信号不能输出至信号输出端，偏置电压不能对图像传感器内部电路进行充电复位；如果选通开关导通，像元中的信号能够输出至信号输出端，偏置电压能够对图像传感器进行充电复位。本发明可以实现不同像元以不同的积分时间对输入光信号进行积分，也就是分段积分功能。
【专利说明】-种带有分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及NM0S线阵图像传感器，特别涉及一种带有分段积分读出电路的NM0S 线阵图像传感器。
【背景技术】
[0002] NM0S线阵图像传感器的通用产品在工作时（使用现有的常用驱动方法），一次读 取操作中，只能一次性读出所有像元的信号，所有像元的积分时间相同。图1、图2显示了一 个像元中信号电荷的读出原理。NM0S线阵图像传感器的一帧图像数据的读出过程中，所有 的像元在外部驱动脉冲及内部逻辑电路的控制下，每个像元的对应读出开关依次导通，像 元中的图像数据也是依次读出的，所有像元的信号依次出现在输出信号端。在读出的过程 中，外部偏置电压也对光电二极管重新充电，光电二极管复位。NM0S线阵图像传感器的通 用产品中，外部驱动信号不能直接控制读出开关的开通或关断，即外部驱动信号不能直接 对单个像元进行操作，只能一次性读出所有像元的图像数据。因此，不能实现分段积分的功 能。
[0003] 为了实现NM0S线阵图像传感器的分段积分功能，需要改变传感器的硬件结构， 使得外部电路能够对每个像元进行单独操作，如复位、信号读出等。改变传感器的硬件结 构，需要在传感器的控制电路中增加额外的地址电路，并在传感器的封装中引出地址线引 脚，地址线引脚的数量至少是l〇g 2N，其中N是传感器像元的数量。例如，在欧空局环境 卫星ENVISAT上搭载的大气层制图扫描成像吸收频谱仪（SCIAMACHY，Scanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CartograpHY)中使用的加拿大 EG&G Reticon公司生产的RL 1204SR，通过传感器像元的地址电路，可以实现对像元的随机读 取，能够根据同一传感器上不同像元入射光的强弱（有数个数量级的区别），使不同像元在 不同的积分时间下工作。
[0004] 但是，NM0S线阵图像传感器的定制，成本高，产品周期长，由于不是通用产品，产品 的可靠性也需要进行额外的考核与验证。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种带有分段积分读出电路的NM0S 线阵图像传感器。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
[0007] -种带有分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，输出信号通过一个选通开 关与视频信号线连接；偏置电压通过串联电阻与输出信号端连接；
[0008] 某个像元的读出开关导通时，如果对应的选通开关关断，电路处于开路状态，像元 中的信号不能输出至信号输出端，偏置电压不能对图像传感器内部电路进行充电复位；如 果选通开关导通，像元中的信号能够输出至信号输出端，偏置电压能够对图像传感器进行 充电复位。
[0009] 在上述技术方案中，所述选通开关的导通与关断状态通过选通脉冲〇^^来控 制。
[0010] 在上述技术方案中，所述选通开关的为电压控制型开关器件。
[0011] 本发明具有以下的有益效果：
[0012] 本发明的带有分段积分读出电路的匪0S线阵图像传感器：
[0013] 1)易于实现，不需要改变传感器的硬件结构，只需要对图像传感器的读出电路的 通用设计做简单的改动，就能够使图像传感器具有分段积分的功能；
[0014] 2)方便灵活，图像传感器一帧数据内不同像元的积分时间可以随意设置，不同像 元积分时间的大小与像元在图像传感器上的位置无关；
[0015] 3)成本低，可靠性高，在常用NM0S线阵图像传感器的基础上，不需要改变传感器 本身的硬件；
[0016] 4)功能强，不同积分时间像元的光积分与读出不会相互影响，相同积分时间的多 组像元可以同时读出；
[0017] 5)适用范围广，本方法不但适用于NM0S线阵图像传感器，也适用于其他使用相似 驱动方法的线阵图像传感器。
[0018] 本发明的带有分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器在通用型产品的基础 上，通过对线阵图像传感器的外部读出电路的特殊设计，使得在一次帧读出周期中，每个像 元是否读出与复位都可以通过外部驱动信号进行控制，与驱动序列配合，可以实现不同像 元以不同的积分时间对输入光信号进行积分，也就是分段积分功能。本发明的NM0S线阵图 像传感器不需要改变图像传感器自身的内部结构，成本低，易于实现，功能强。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0020] 图1为NM0S线阵图像传感器读出电路原理示意图。
[0021] 图2为NM0S线阵图像传感器电荷信号读出原理示意图。
[0022] 图3为本发明的NM0S线阵图像传感器中的具有分段积分功能的读出电路的示意 图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明的发明思想为：
[0024] 本发明的关键点在于通过改变NM0S线阵图像传感器的外部读出电路，实现图像 传感器像元的分段积分功能。本发明通过将输出信号与视频信号线通过一个选通开关连 接，实现了外部驱动信号对传感器像元信号读出与否的控制。在图像传感器的一个帧周期 内，在外部驱动脉冲时序的作用下，每个像元对应的读出开关依次导通，但通过选通脉冲 控制选通开关的导通与关断状态，控制像元的电荷是否输出到信号输出端并复位， 以实现图像传感器像元信号的选择性读出与复位。
[0025] 下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0026] 本发明的带有分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，通过对NM0S线阵图像 传感器的外部读出电路与驱动脉冲序列的设计，实现了传感器的分段积分功能。
[0027] 本发明在图像传感器外部的读出电路中，在视频信号输出线上串联一个用脉冲控 制的开关，可以实现像元中信号电荷的选择性读出，如图3所示。
[0028] 图3所示为本发明的带有分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器中的读出电 路原理示意图，与图1中所示的常用读出电路原理的不同之处在于，图3中，输出信号不直 接与视频信号线连接，而是通过一个选通开关与视频信号线连接。偏置电压通过串联电阻 与输出信号端连接。选通开关关断时，电路处于开路状态，偏置电压不能对图像传感器内部 电路进行充电复位。选通开关导通时，选通开关自身的电阻可以忽略，偏置电压能够如图1 所示电路那样对图像传感器进行充电复位。选通脉冲Φ 用于控制选通开关的导通与关 断状态。选通开关要求导通电阻尽量小，关断时电阻尽量大，且选通开关为电压控制型开关 器件，并要求具有较高的开关频率（大于1MHz)。
[0029] 在图像传感器的一个帧读出周期内，在外部驱动脉冲时序的作用下，所有像元对 应的读出开关依次导通。如果需要输出某个像元的信号，则在该像元对应的读出开关导通 的同时，通过选通脉冲〇 selec;t控制选通开关导通，视频信号出现在输出信号端，同时像元复 位；如果某个像元的信号不需要输出，在该像元对应的读出开关导通的同时，选通开关仍然 保持关断状态，偏置电压不能够对该像元复位，该像元的电荷信号保持不变，能够继续对入 射光信号进行积分。
[0030] 图3所示分段积分原理示意图中，所有像元的读出开关在外部驱动脉冲时序的作 用下依次导通，但像元中的信号是否读出还要受到选通开关控制。因此，在一个帧读 出周期内，可以选择某些像元读出，像元中的信号复位，而另外的像元不读出，能够继续进 行积分。使用多个帧读出周期，并根据需要在不同的帧读出周期中控制像元相应中的信号 是否读出，从而实现不同像元的积分时间的不同取值。而且，不同像元的积分时间不受像元 位置的影响，可以在允许范围内随意指定。
[0031] 本发明的改进之处在于在外部读出电路设计时，在传感器的视频输出线上设计一 个选通开关，选通开关由选通脉冲控制，通过控制选通开关的导通、关断实现对像元中视频 信号是否需要读出的单独控制，从而实现分段积分的功能。该方法实现分段积分功能，优点 在于，简单，易于实现，不需要改变传感器自身的硬件结构，成本低，而且可靠性高。同时，该 方法功能强，实现分段积分时，不同像元的积分时间能够自由指定，不受到单调性的限制。
[0032] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1. 一种带有分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感器，其特征在于， 输出信号通过一个选通开关与视频信号线连接；偏置电压通过串联电阻与输出信号端 连接； 某个像元的读出开关导通时，如果对应的选通开关关断，电路处于开路状态，像元中的 信号不能输出至信号输出端，偏置电压不能对图像传感器内部电路进行充电复位；如果选 通开关导通，像元中的信号能够输出至信号输出端，偏置电压能够对图像传感器进行充电 复位。
2. 根据权利要求1所述的带有分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，其特征在 于，所述选通开关的导通与关断状态通过选通脉冲来控制。
3. 根据权利要求1所述的带有分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，其特征在 于，所述选通开关的为电压控制型开关器件。
【文档编号】H04N5/374GK104219466SQ201410440643
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月30日 优先权日:2014年8月30日
【发明者】张佩杰, 宋克非 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所