CN104219466B - 一种带有分段积分读出电路的nmos线阵图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有分段积分读出电路的NMOS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。

Description

一种带有分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感器

技术领域

本发明涉及NMOS线阵图像传感器，特别涉及一种带有分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感器。

背景技术

NMOS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。NMOS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。NMOS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。

为了实现NMOS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log₂N，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 ImagingAbsorption spectroMeter for Atmospheric CartograpHY)中使用的加拿大EG&GReticon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。

但是，NMOS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

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NMOS线阵图像传感器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种带有分段积分读出电路的NMOS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。

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Φ_select来控制。

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。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的带有分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感器：

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；

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；

3)成本低，可靠性高，在常用NMOS线阵图像传感器的基础上，不需要改变传感器本身的硬件；

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；

5)适用范围广，本方法不但适用于NMOS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。

本发明的带有分段积分读出电路的NMOS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NMOS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。

附图说明

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。

图1为NMOS线阵图像传感器读出电路原理示意图。

图2为NMOS线阵图像传感器电荷信号读出原理示意图。

图3为本发明的NMOS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

本发明的发明思想为：

本发明的关键点在于通过改变NMOS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Φ_select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。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

本发明的带有分段积分读出电路的NMOS线阵图像传感器，通过对NMOS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。

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。

图3所示为本发明的带有分段积分读出电路的NMOS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_select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)。

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Φ_select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。

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Φ_select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。

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。

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。

Claims (2)

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；

所述选通开关的导通与关断状态通过选通脉冲Φ_select来控制。

2.根据权利要求1所述的带有分段积分读出电路的NMOS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。