带有电压输出型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电压输出型分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，该电压输出型分段积分读出电路包括3个放大器和2个选通开关；其中，放大器1用于读出光电二极管中电荷信号；放大器2用于读出补偿光电二极管中电荷信号；放大器3对放大器1与放大器2的输出信号进行差分运算，得到图像数据的输出信号；选通开关1用于控制光电二极管信号输出端ActiveVideo的导通与关断；选通开关2用于控制补偿光电二极管信号输出端DummyVideo的导通与关断。本发明的带有电压输出型分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，性能好，能够提高图像传感器输出信号的信噪比。
【专利说明】带有电压输出型分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感 器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种NM0S线阵图像传感器，特别涉及一种带有电压输出型分段积分 读出电路的NM0S线阵图像传感器。
【背景技术】
[0002] 图1所示的电压输出型外部读出电路的结构，其直接对Active Video上像元输出 的负脉冲进行放大，同时，采用差分电路的结构形式，对Active Video和Dummy Video的输 出信号做差分运算，消除开关噪声，最后信号输出为一个正脉冲，脉冲的幅值即为像元的有 效数据，与像元中信号电荷的电荷量成正比。
[0003] 图1所示的读出电路，一次读取的过程中，传感器所有像元的信号都被读出，这也 决定了所有像元的积分时间长短是相同的。在相同的积分时间下，可能使得入射光信号强 的像元的输出接近饱和；而入射光信号弱的像元的输出接近于零，使得信号被噪声淹没。由 于外部读出电路不能够对Active Video上的输出信号进行选择性读出，无法实现分段积分 的功能。
[0004] 通过软件改变传感器的驱动脉冲时序也可以实现分段积分的功能。但是，使用该 方法实现分段积分，驱动脉冲时序的实现比较复杂；而且，一帧图像数据中，不同像元的积 分时间只能单调增加或单调减少；所有像元的有效图像数据读出频率取决于所有像元的最 大积分时间，像元利用率低。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种带有电压输出型分段积分读出电 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] -种带有电压输出型分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，该电压输出型 分段积分读出电路包括3个放大器和2个选通开关；其中，
[0008] 放大器1的正端与引脚Vscd连接，同时连接+V的偏置电压；负端与选通开关1连 接；放大器1用于读出光电二极管中电荷信号；
[0009] 放大器2的正端与引脚Vscd连接，同时连接+V的偏置电压；负端与选通开关2连 接；放大器2用于读出补偿光电二极管中电荷信号；
[0010] 放大器3对放大器1与放大器2的输出信号进行差分运算，得到图像数据的输出 信号；
[0011] 选通开关1的控制端由选通脉冲1 控制；选通开关1串联在电路中，另外 一端与图像传感器的Active Video引脚连接；选通开关1用于控制光电二极管信号输出端 Active Video的导通与关断；
[0012] 选通开关2的控制端由选通脉冲2 <i)seleet_2控制；选通开关2串联在电路中，另外 一端与图像传感器的Du_y Video引脚连接；选通开关2用于控制补偿光电二极管信号输 出端Dummy Video的导通与关断。
[0013] 在上述技术方案中，所述选通脉冲1 Φ 与所述选通脉冲2 Φ selert_2的驱动脉冲 序列完全相同。
[0014] 本发明具有以下的有益效果：
[0015] 本发明的带有电压输出型分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器：
[0016] 1)性能好，能够方便灵活的实现NM0S线阵图像传感器的分段积分功能，提高图像 传感器输出信号的信噪比，提高了传感器对入射光强度的适应性；
[0017] 2)简单，易于实现，成本低，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；
[0018] 4)方法灵活，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；
[0019] 5)适用范围广，本发明的NM0S线阵图像传感器中的电压输出型分段积分读出电 路，也适用于其他使用相似驱动方法的线阵图像传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 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。
[0021] 图1为现有技术的电压输出型外部读出电路的结构示意图。
[0022] 图2为本发明的NM0S线阵图像传感器中的具有选通开关的电压输出型读出电路 结构示意图。
[0023] 图3为图2所示的NM0S线阵图像传感器的第k组像元的读出脉冲示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0025] 本发明的带有电压输出型分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器，其中具有 分段积分功能的硬件结构的电压输出型读出电路如图2所示。
[0026] 电压输出型读出电路中，放大器1的正端与引脚Vscd连接，同时连接+V的偏置电 压；负端与选通开关1连接，选通开关1的控制端由选通脉冲1 ^控制。选通开关1串 联在电路中，另外一端与图像传感器的Active Video引脚连接。放大器1用于读出光电二 极管中电荷信号，而选通开关1用于控制光电二极管信号输出端Active Video的导通与关 断。放大器2的正端与引脚Vscd连接，同时连接+V的偏置电压；负端与选通开关2连接， 选通开关2的控制端由选通脉冲2 控制。选通开关2串联在电路中，另外一端与图 像传感器的Du_y Video引脚连接。放大器2用于读出补偿光电二极管中电荷信号，而选通 开关2用于控制补偿光电二极管信号输出端Du_y Video的导通与关断。放大器3对放大 器1与放大器2的输出信号进行差分运算，得到图像数据的输出信号。选通脉冲1 与选通脉冲2 Φ s^rt_2采用完全相同的驱动脉冲序列。
[0027] 本发明的带有电压输出型分段积分读出电路的NM0S线阵图像传感器在工作过程 中，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。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 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取值。
[0028] 与现有技术中的图1所示电路相比，图2所示电路结构的主要区别在于，在外部 读出电路中，在放大器1负端与图像传感器的Active Video之间串联了一个选通开关1， 该开关由外部电路的驱动信号（选通脉冲1)控制；在放大器2负端与图像传感器的Drnnmy Video之间串联了一个选通开关2,该开关由外部电路的驱动信号（选通脉冲2)控制。在图 像传感器的一个帧读出周期内，选通开关可以控制某个像元的信号是否读出。两个帧读出 周期相互配合，能够实现分段积分的功能。而且，由于选通开关可以单独控制，相同积分时 间的像元可以不连续，实现分段积分功能时，不同积分时间的可以在允许范围内自由取值， 而不必遵循单调增加或单调减小的限制。
[0029] 图3所示为图2所示外部读出电路的驱动方法，是一组驱动脉冲序列的统称。设 帧读出周期中，需要读出第k组像元的图像数据，对应的积分时间为T k，该组像元的序号 为Ptl?Pk，Nk。在该帧图像的读出驱动时序中，$ st、Φ:、Φ2不改变，同图1。第1?k_l 组像元不需要读出，因此，这些像元读出周期内选通开关的控制信号一选通脉冲 Φ sel^2, 一直保持低电平，选通开关关断，信号输出端无信号输出，像元中的信号也不会被 复位。第k组像元,像元位置序号Ptl?Pk，Nk，需要读出，因此,这些像元读出周期内选通开 关的控制信号cK elec；H、变为高电平，选通开关导通，信号输出端有信号输出，像元 被复位。第k+Ι?m组像元不需要读出，因此，这些像元读出周期内选通开关的控制信号一 选通脉冲<t selerti，为低电平，选通开关关断，信号输出端无信号输出。
[0030] 图3中，（tselec;t_2信号为低电平表示选通开关关断，高电平表示选通开关 导通，与实际电路中的电平信号无关。而实际电路中，该电平的高低与选通开关的选择有 关。
[0031] 图3所示驱动时序给出了选通开关的控制方法。像元信号需要读出时，在该像元 对应的读出周期，Φ selec;t信号控制选通开关导通；像元信号不需要读出时，在该像元对应的 读出周期，Φ Wed、^信号控制选通开关关断。
[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. 一种带有电压输出型分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感器，其特征在于，该电 压输出型分段积分读出电路包括3个放大器和2个选通开关；其中， 放大器1的正端与引脚Vscd连接，同时连接+V的偏置电压；负端与选通开关1连接； 放大器1用于读出光电二极管中电荷信号； 放大器2的正端与引脚Vscd连接，同时连接+V的偏置电压；负端与选通开关2连接； 放大器2用于读出补偿光电二极管中电荷信号； 放大器3对放大器1与放大器2的输出信号进行差分运算，得到图像数据的输出信号； 选通开关1的控制端由选通脉冲1 Φ 控制；选通开关1串联在电路中，另外一端与 图像传感器的Active Video引脚连接；选通开关1用于控制光电二极管信号输出端Active Video的导通与关断； 选通开关2的控制端由选通脉冲2 <i)se;le;c;t_2控制；选通开关2串联在电路中，另外一端 与图像传感器的Du_y Video引脚连接；选通开关2用于控制补偿光电二极管信号输出端 Dummy Video的导通与关断。
2. 根据权利要求1所述的NM0S线阵图像传感器，其特征在于，所述选通脉冲1 与所述选通脉冲2 的驱动脉冲序列完全相同。
【文档编号】H04N5/335GK104219462SQ201410440591
【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