CN101330566A - 成像系统、图像传感器和控制成像系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种成像系统、图像传感器和控制成像系统的方法。所述成像系统包括图像传感器和控制所述图像传感器的曝光终止的机械快门。所述图像传感器包括其中多个像素以矩阵排列的像素阵列和扫描所述像素阵列的每一行的垂直扫描单元。所述垂直扫描单元并行地执行所述像素阵列的至少两个相邻行上像素的一些复位操作。像素的电荷积累操作在复位操作完成时开始，且响应于所述机械快门遮光而终止。

Description

成像系统、图像传感器和控制成像系统的方法

技术领域

本发明涉及成像系统、图像传感器和控制成像系统的方法。

背景技术

诸如数字照相机的成像系统有时使用包括像素阵列的图像传感器，在所述像素阵列中多个像素以矩阵排列，如图25所示。下面的技术被提出用于控制像素阵列的每行上的像素的电荷积累操作。

作为一般的技术，像素阵列的每行上的像素的电荷积累操作的开始由像素复位操作来控制，且电荷积累操作的完成由来自像素的信号的读取操作来控制。

作为另一种技术，如图26所示，每行上的像素的电荷积累操作的开始由像素复位操作来控制，且电荷积累操作的完成由机械快门的遮光来控制(参见日本专利公开No.11-041523)。根据这个技术，通过根据机械快门的行进模式来设置当完成每行上像素的复位操作时的定时模式，能够使得各行上像素的电荷积累时间相等。

根据日本专利公开No.11-041523中公开的技术，一行上像素的复位操作在另一行上像素的复位操作完成了预定期间后开始。

例如，如图27所示，在当第K行选择期间(K：自然数，K＝k)开始时的定时处，复位信号

变到高电平，第K行上像素的复位操作开始。在第K行选择期间中，复位信号

变到低电平，第K行上像素的复位操作终止。在第K行上像素的复位操作终止且第K行选择期间终止后，第K+1行上像素的复位操作开始。

应注意的是，在图25、27中，

代表用于打开传送(transfer)开关QTkj(j＝1，2，3)以从光电二极管PDkj传送信号到晶体管QAkj的栅极的传送信号，

代表用于复位晶体管QAkj的栅极的复位信号，

和

代表扫描时钟信号，

代表复位控制信号，

代表复位电位选择脉冲，

代表复位像素传送选择脉冲，

代表读出电位选择脉冲，

代表读出像素选择脉冲，

代表读出开始脉冲，

代表用于复位操作的开始脉冲。

机械快门通过一行上每个像素的时间比一般电子快门的短。当根据机械快门的行进模式设置复位操作完成时的定时模式时，第K行选择期间需要被设置得比一般电子快门的短。结果，复位操作从开始到完成的期间变短。

以这种方式，当一行上像素的复位操作在另一行上像素的复位操作完成了预定期间后开始时，复位操作从开始到完成的期间缩短。在这种情况下，像素中积累的电荷可能不能被充分地复位，且图像滞后(lag)可能出现在拍摄的图像中。

发明内容

本发明提供一种能够减少在拍摄的图像中产生图像滞后的成像系统、图像传感器和控制成像系统的方法。

根据本发明的第一方面，提供一种成像系统，包括图像传感器和控制所述图像传感器的曝光终止的机械快门，其中所述图像传感器包括其中多个像素以矩阵排列的像素阵列、以及扫描像素阵列每一行的垂直扫描单元，所述垂直扫描单元并行地执行在像素阵列的至少两个相邻行上的像素的至少一部分复位操作，像素的电荷积累操作在复位操作完成时开始且响应机械快门的遮光而终止，且所述垂直扫描单元顺序地完成在像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作。

根据本发明的第二方面，提供一种图像传感器，包括：像素阵列，其中多个像素以矩阵排列，所述多个像素的电荷积累操作的终止由机械快门确定；和垂直扫描单元，其扫描像素阵列每一行，其中，所述垂直扫描单元并行地执行在像素阵列的至少两个相邻行上的像素的至少一部分复位操作，像素的电荷积累操作在复位操作完成时开始，且所述垂直扫描单元顺序地完成在像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作。

根据本发明的第三方面，提供一种控制成像系统的方法，所述成像系统具有图像传感器和控制所述图像传感器的曝光终止的机械快门，所述方法的特征在于，包括对于所述图像传感器中的、多个像素以矩阵排列的像素阵列的每一行执行下面的步骤：开始步骤，开始像素的复位操作；完成步骤，完成像素的复位操作；和遮光步骤，用机械快门为像素遮光，其中，在执行像素阵列的第一行上像素的完成步骤之前、在执行像素阵列的所述第一行上像素的开始步骤之后，执行相邻于所述第一行的第二行上像素的开始步骤，所述第一行上像素的电荷积累操作在执行所述第一行上像素的完成步骤之后开始，且所述第一行上像素的电荷积累操作在执行所述第一行上像素的遮光步骤后终止，且对于所述第一行上像素和所述第二行上像素顺序地执行完成步骤。

本发明能够减少在拍摄的图像中图像滞后的产生。

本发明的进一步特征将从下面参考附图对示例性实施例的描述而变得明显。

附图说明

图1是显示根据本发明第一实施例的成像系统的配置的方块图；

图2是显示图像传感器和机械快门的布局的视图；

图3是显示图像传感器的像素阵列的各行上像素的操作时序的视图；

图4是显示图像传感器的电路配置的电路图；

图5是显示垂直扫描信号和传送信号之间关系的时序图；

图6是显示垂直扫描信号和传送信号之间关系的时序图；

图7是显示图像传感器的像素阵列的各行上像素的操作时序的视图；

图8是显示另一图像传感器的电路配置的电路图；

图9是显示图像传感器的像素阵列的各行上像素的操作时序的视图；

图10是显示另一图像传感器的电路配置的电路图；

图11是显示图像传感器的像素阵列的各行上像素的操作时序的视图；

图12是显示第一垂直扫描单元的电路配置的电路图；

图13是显示移位寄存器的逻辑配置的电路图；

图14是显示垂直扫描单元的操作的时序图；

图15是显示图像传感器和机械快门的布局的视图；

图16是显示图像传感器的电路配置的电路图；

图17是显示图像传感器的像素阵列的各行上像素的操作时序的视图；

图18是显示第一和第二垂直扫描单元的电路配置的电路图；

图19是显示移位寄存器的逻辑配置的电路图；

图20是显示另一移位寄存器的逻辑配置的电路图；

图21是显示垂直扫描单元的操作的时序图；

图22是显示垂直扫描单元的操作的时序图；

图23是显示垂直扫描单元的操作的时序图；

图24是显示垂直扫描单元的操作的时序图；

图25是用于解释现有技术的电路图；

图26是用于解释现有技术的视图；以及

图27是用于解释现有技术的时序图。

具体实施方式

将参考图1描述根据本发明第一实施例的成像系统90的示意性配置。图1是显示根据本发明第一实施例的成像系统90的配置的方块图。

成像系统90主要包括光学系统、图像传感器100和信号处理单元。光学系统主要包括拍摄透镜92和机械快门93。信号处理单元主要包括拍摄图像信号处理电路95、A/D转换器96、图像信号处理单元97、存储器87、外部I/F 89、定时发生器98、总体控制/运算单元99、记录介质88和记录介质控制I/F 94。信号处理单元不需要包括记录介质88。

拍摄透镜92折射入射光，以在图像传感器100的像素阵列PA上形成物体图像。

机械快门93在光路上被插在拍摄透镜92和图像传感器100之间，并调整通过拍摄透镜92后导入图像传感器100的光量。机械快门93具有机械前帘幕(快门帘幕)和机械后帘幕(另一快门帘幕)，各包括多个遮光叶片。通过以预定的定时用总体控制/运算单元99驱动机械前帘幕(curtain)和机械后帘幕，机械快门93在打开状态和关闭状态之间切换。

图像传感器100将在像素阵列PA上形成的物体图像转换成图像信号。在像素阵列PA上，多个像素以矩阵排列。图像传感器100从像素阵列PA读出和输出图像信号。

拍摄图像信号处理电路95被连接到图像传感器100，并处理从图像传感器100输出的图像信号。

A/D转换器96被连接到拍摄图像信号处理电路95，并将从拍摄图像信号处理电路95输出的处理过的图像信号(模拟信号)转换成数字信号。

图像信号处理单元97被连接到A/D转换器96，并执行诸如校正从A/D转换器96输出的图像信号(数字信号)的各种运算处理，从而产生图像数据。图像数据被供给到存储器87、外部I/F 89、总体控制/运算单元99和记录介质控制I/F 94等等。

存储器87被连接到图像信号处理单元97，并存储从图像信号处理单元97输出的图像数据。

外部I/F 89被连接到图像信号处理单元97，并通过外部I/F 89将从图像信号处理单元97输出的图像数据传送到外部装置(例如，个人计算机)。

定时发生器98被连接到图像传感器100、拍摄图像信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理单元97，并将定时信号供给到它们。图像传感器100、拍摄图像信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理单元97与定时信号同步地操作。

总体控制/运算单元99被连接到定时发生器98、图像信号处理单元97和记录介质控制I/F 94，并控制它们全部。

记录介质88被可移除地连接到记录介质控制I/F 94。从图像信号处理单元97输出的图像数据通过记录介质控制I/F 94被记录在记录介质88上。

在这个配置中，如果图像传感器100能够获得高质量的图像信号，就能够获得高质量的图像(图像数据)。

将参考图2和3解释成像系统90中图像传感器100和机械快门93的操作。图2是显示图像传感器100和机械快门93的布局的视图。图3是显示图像传感器100的像素阵列PA的各行上像素的操作时序的视图。在图3中，横轴代表定时(时间)，纵轴代表像素阵列PA中每个像素的垂直位置。

图2显示图像传感器100面向拍摄透镜92的表面和用作机械快门93的一部分的机械后帘幕。更具体地说，像素阵列PA被形成在图像传感器100面向拍摄透镜92的表面上。在像素阵列PA中，开口被形成在对应于每个像素的光电转换器的部分处以捕获光。在图2中，机械快门93的机械前帘幕(没有示出)被完全垂直地拉开，而机械后帘幕101从顶部延伸到前沿108，且部分地覆盖像素阵列PA。机械快门93的机械前帘幕和机械后帘幕101沿箭头106所指的方向从外壳的顶表面行进到底表面(参见图3所示的曲线13)。从外壳的顶表面到底表面的方向与在正常姿势(拍摄时的姿势)下重力作用在成像系统90上的方向重合。

垂直扫描单元220(将在后面描述)执行复位开始扫描(没有在图2中示出)，以在箭头106所指的方向开始像素复位操作，所述箭头106所指的方向与机械后帘幕101的行进方向是相同的方向(参见图3中所示曲线11)。垂直扫描单元220执行复位完成扫描(参见复位完成扫描行107)以完成像素复位操作，从而在第一行上像素的复位操作完成之前开始第二行上像素的复位操作(参见图3中所示曲线12)。在从像素阵列PA的顶行到底行执行复位开始扫描后，垂直扫描单元220从像素阵列PA的顶行开始复位完成扫描。即，垂直扫描单元220并行地执行像素阵列的至少两个相邻行上的像素的部分复位操作。在图2中，在从像素阵列PA的顶行到底行执行复位开始扫描后，从像素阵列PA的顶行到复位完成扫描行107执行复位完成扫描。

在像素阵列PA中，在复位完成扫描行107下的区域是复位操作正在被执行(处于复位状态)的复位区域104。更具体地说，垂直扫描单元220扫描复位完成扫描行107(电子快门操作)以取消复位区域104实际上被遮光的状态，而不是用机械前帘幕取消所述状态。当机械前帘幕覆盖区域104时，复位完成扫描行107对应于机械前帘幕的上端。

在复位完成扫描行107和机械后帘幕101的前沿108之间的缝隙区域102是电荷通过曝光而积累的区域(电荷积累区域)。复位完成扫描行107通过后即完成像素复位操作时直到机械后帘幕101切断光的时间，是在特定像素处执行电荷积累操作的电荷积累时间(参见图3)。换句话说，像素的电荷积累操作响应复位操作的完成而开始，且响应机械快门93的遮光而终止。机械快门93确定像素的电荷积累操作。

如上所述，电荷积累操作的开始定时在像素阵列PA的行之间不同。电荷积累操作在像素阵列PA的顶行上最早开始，在底行上最后开始。

由于机械后帘幕101被弹簧力驱动且以非恒定的速度行进，所以它以根据曲线13的速度行进。在图3中，通过将曲线13向左平移对应于电荷积累时间的距离而获得曲线12。至于图6所示的垂直传送信号PV，相邻行的脉冲的上升沿的间隔在顶行侧要比在底行侧长。以这种方式，垂直扫描单元220完成在至少两个相邻行上的像素的复位操作，使得当复位操作完成时直到机械快门93遮光的期间在至少两个相邻行上的像素之间变得相等。

在图3中，通过将曲线12向左平移预定时间而获得曲线11。至于图5所示的垂直传送信号PV，相邻行的脉冲的上升沿的间隔在顶行侧要比在底行侧长。垂直扫描单元220执行在至少两个相邻行上的像素的复位操作，使得在复位操作开始后直到复位操作完成的期间在至少两个相邻行上的像素之间变得相等。

在机械后帘幕101行进到像素阵列PA的下端且完全覆盖像素阵列PA后，垂直扫描单元220在箭头105所指的方向执行读取扫描，所述箭头105所指的方向与机械后帘幕101的行进方向(箭头106所指的方向)是相同的方向。即，垂直扫描单元220从上面的行到下面的行顺序地执行读取扫描。在各行上像素的读取操作被执行以顺序地读出物体图像。图像传感器100将对应于物体图像的图像信号顺序地供给到拍摄图像信号处理电路95。

将参考图4描述图像传感器100的布置和操作。图4是显示图像传感器100的电路配置的电路图。

图像传感器100包括像素阵列PA、垂直扫描单元220、水平扫描单元211、输出电路组300和放大器217。

在图像阵列PA中，多个像素200以矩阵排列。像素阵列PA是具有开口的区域，在所述开口处，物体的光学图像被形成。

垂直扫描单元220被布置在像素阵列PA的外围上。垂直扫描单元220扫描像素阵列PA的每一行。例如，垂直扫描单元220为每一行执行复位开始扫描和复位完成扫描。这时，当垂直扫描像素200时，垂直扫描单元220供给传送信号PTX用于复位每个像素200。

输出电路组300也在靠近像素阵列PA的外围上。输出电路组300是为各列布置的一组输出电路300a、300b、300c、300d。每个输出电路300a、300b、300c、300d被连接到列信号线。各输出电路300a、300b、300c、300d积累经由列信号线接收的噪声电压和信号电压。

水平扫描单元211被布置成靠近像素阵列PA。多个列选择信号线从水平扫描单元211垂直地延伸到输出电路组300的输出电路300a等。当水平地扫描输出电路组300时，水平扫描单元211为各列将输出电路300a等中积累的噪声电压和信号电压顺序地输出到放大器217。

放大器217差分(differentially)放大噪声电压和信号电压，以将图像信号(模拟信号)输出到随后的拍摄图像信号处理电路95。

将参考图4解释像素200和输出电路300a的布置和操作。

像素200包括光电二极管(PD)201、传送MOS晶体管202、浮动扩散(floating diffusion，FD)206、放大MOS晶体管204、选择MOS晶体管205和复位MOS晶体管203。

PD 201光电地转换照射的光并积累对应于曝光量的电荷。

传送MOS晶体管202在栅极接收来自垂直扫描单元220的传送信号PTX。当有效的(active)传送信号PTX被供给到栅极时，传送MOS晶体管202导通以将在PD 201中积累的电荷传送至FD 206。当无效的(inactive)传送信号PTX被供给到栅极时，传送MOS晶体管202被关闭，且PD 201开始电荷积累。

FD 206保持传送的电荷，且其电位从复位电位根据传送的电荷量而改变。FD 206将对应于所改变的电位的电压输入到放大MOS晶体管204。即，FD 206用作放大MOS晶体管204的输入。

放大MOS晶体管204在其栅极接收对应于FD 206的电位的电压。放大MOS晶体管204放大输入电压，并将放大的电压输出到选择MOS晶体管205。放大MOS晶体管204与电流源212和负载(没有示出)一起执行源极跟随器操作，并用作放大器电路。

复位MOS晶体管203在栅极接收来自垂直扫描单元220的复位信号PRES。当有效的复位信号PRES被供给到栅极，复位MOS晶体管203被导通，以复位FD 206中保持的电荷。如果有效的传送信号PTX被供给到传送MOS晶体管202的栅极且传送MOS晶体管202被导通，则复位MOS晶体管203也复位积累在除了FD 206之外的PD 201中的电荷。

选择MOS晶体管205在栅极接收来自垂直扫描单元220的选择信号PSEL。当有效的选择信号PSEL被供给到栅极时，选择MOS晶体管205被导通，以将从放大MOS晶体管204输入的电压输出到列信号线。

例如，当电荷积累操作在PD 201中开始时，FD 206的电位是复位电位。这时候，如果使得从垂直扫描单元220供给到选择MOS晶体管205的栅极的选择信号PSEL是有效的，则选择MOS晶体管205被导通。于是，通过由放大MOS晶体管204放大对应于FD 206的复位电位的电压而得到的噪声电压(位于复位噪声电平的电压)被经由选择MOS晶体管205输出到列信号线213(V输出线)。

备选地，例如，如果从垂直扫描单元220供给到传送MOS晶体管202的传送信号PTX在经过预定时间时从无效状态变成有效状态，则传送MOS晶体管202从关(OFF)状态变成开(ON)状态。于是，积累在PD 201中的电荷被传送到FD 206。当经过待机(standby)时间直到积累的电荷被读出，通过由放大MOS晶体管204放大对应于FD的电位的电压而获得的信号电压被经由选择MOS晶体管205输出到列信号线213。

输出电路300a包括开关207和208、电容器CTS 209、电容器CTN 210、以及读取开关221和222。

当信号PTS是有效的时，开关207被打开，以电容器CTS 209中积累经由列信号线传送的信号电压。当信号PTS是无效的时，开关207被关闭，以将列信号线从电容器CTS 209断开。

当信号PTN是有效的时，开关208被打开，以在电容器CTN 210中积累经由列信号线传送的噪声电压。当信号PTN是无效的时，开关208被关闭，以将列信号线从电容器CTN 210断开。

当信号PHS(没有示出)是有效的时，读取开关221被打开，以将在电容器CTS 209中积累的信号电压输出到水平输出线215。当信号PHN(没有示出)是无效的时，读取开关221被关闭，以从水平输出线215断开电容器CTS 209。在图4中，信号PHS和PHN是相同的。

当信号PHN是有效的时，读取开关222被打开，以将在电容器CTN 210中积累的噪声电压输出到水平输出线214。当信号PHN是无效的时，读取开关222被关闭，以从水平输出线214断开电容器CTN210。

放大器217差分放大输出到水平输出线214的噪声电压和输出到水平输出线215的信号电压，产生图像信号(模拟信号)Vout。放大器217将图像信号Vout输出到随后的拍摄图像信号处理电路95。

将参考图5到7解释从垂直扫描单元220供给到每个像素的传送信号PTX。图5和6是显示垂直扫描信号PV和传送信号PTX之间关系的时序图。图7是显示图像传感器100的像素阵列PA的各行上像素的操作时序的视图。图7基本与图3相同，除了各行上像素的传送信号PTX被重叠且进一步示出用于从每个像素读出信号的读取扫描的直线(或曲线)14。将举例说明每个信号在高电平变成有效的情形。

如图4所示，垂直扫描单元220接收垂直扫描开始脉冲PVST和垂直扫描信号PV。如图5所示，基于垂直扫描开始脉冲PVST和垂直扫描信号PV，垂直扫描单元220为第一行产生传送信号PTX1，所述传送信号PTX1与用于第一行的垂直扫描信号PV的脉冲的上升沿同步。用于第一行的传送信号PTX1与用于第一行的垂直扫描信号PV的脉冲的上升沿同步地从低电平变成高电平。类似地，垂直扫描单元220也为第二行和随后的行产生传送信号PTX2......。于是，从上行上的像素的传送信号到下行上的像素的传送信号，传送信号顺序地变成有效的。从上行上的像素到下行上的像素，复位操作顺序地开始。即，垂直扫描单元220顺序地开始至少两个相邻行上像素的复位操作(参见图7中曲线11)。

如图6所示，基于垂直扫描开始脉冲PVST和垂直扫描信号PV，垂直扫描单元220为第一行产生传送信号PTX1，所述传送信号PTX1与用于第一行的垂直扫描信号PV的脉冲的上升沿同步。用于第一行的传送信号PTX1从高电平变成低电平，与用于第一行的垂直扫描信号PV的脉冲的前沿同步。类似地，垂直扫描单元220也为第二行和随后的行产生传送信号PTX2......。于是，从上行上的像素的传送信号到下行上的像素的传送信号，传送信号顺序地变成无效的。从上行上的像素到下行上的像素，复位操作顺序地被完成。即，垂直扫描单元220顺序地完成至少两个相邻行上像素的复位操作(参见图7中曲线12)。

每行上像素的电荷积累操作在复位操作完成时开始(图7中曲线12)，且在用机械快门93遮光时终止(图7中曲线13)。垂直扫描单元220完成至少两个相邻行上像素的复位操作，使得当复位操作完成时直到机械快门93遮光的期间在至少两个相邻行上的像素之间变得相等。

由于即使当电子前帘幕快门根据机械快门的行进模式而高速扫描时像素也能够被可靠地复位，因此图像滞后问题的可能性能够被减少。即，在拍摄的图像中图像滞后的产生能够被减少。

在至少两个相邻行上的像素被复位，使得在复位操作开始后直到复位操作完成的期间在至少两个相邻行上的像素之间变得相等。由于能够使在至少两个相邻行上的像素被复位的时间恒定，因此图像滞后的面内非均匀性能够被减少。

将参考图8和9描述根据本发明第二实施例的成像系统490。图8是显示图像传感器400的电路配置的电路图。图9是显示图像传感器400的像素阵列PA的各行上像素的操作时序的视图。

成像系统490的图像传感器400与第一实施例中的具有相同的基本布置，但与第一实施例不同的是：图像传感器400包括垂直扫描单元420。

如图9所示，垂直扫描单元420并行地执行至少两个相邻行上的像素的部分复位操作。垂直扫描单元420使得对于复位操作开始后直到复位操作完成的期间，在机械后帘幕101的前沿108(参见图2)的通过速度低的行上比在机械后帘幕101的前沿108的通过速度高的行上要长。

更具体地说，如图9所示，垂直扫描单元420开始像素的复位操作，使得复位操作开始时的定时变得比在第一实施例中的要晚(由实线指示的曲线11a被画在曲线11的右侧)。基于代表机械快门93的行进模式的曲线13，获得当机械后帘幕101的前沿108(参见图2)通过像素阵列PA的每行时的时间(以下被称作机械快门通过时间)。垂直扫描单元420延迟当复位操作开始时的定时，使得每行的复位操作时间包括从超前m行的行到目标行的机械快门通过时间。然后，垂直扫描单元420开始像素的复位操作。换句话说，垂直扫描单元420顺序地开始像素阵列PA的m个相邻行上像素的复位操作。垂直扫描单元420在第m行上像素的复位操作开始时的定时完成第一行上像素的复位操作。以这种方式，垂直扫描单元420并行地执行m个相邻行上像素的复位操作。注意，m是大于或等于2的整数，且小于像素阵列PA的所有行的数目。

根据这个驱动方法，第n+m行的垂直扫描信号PV的脉冲的前沿被用于第n+m行的复位开始扫描，且也可以被用于第n行的复位完成扫描。由于对于每行上的像素缩短了从复位开始扫描到复位完成扫描的时间(复位操作时间)，因此直到快门被释放的时间能够被缩短。

与像素阵列PA中像素的复位操作首先开始的初始行(顶行)相邻小于m行上的像素的复位期间也可以被垂直扫描单元420设成等于初始行(顶行)上像素的复位期间。

将参考图10和11描述根据本发明第三实施例的成像系统590。图10是显示图像传感器500的电路配置的电路图。图11是显示图像传感器500的像素阵列PA的各行上像素的操作时序的视图。

成像系统590的图像传感器500与第一实施例中的具有相同的基本布置，但与第一实施例不同的是：垂直扫描单元520包括第一垂直扫描单元520a和第二垂直扫描单元520b。

第一垂直扫描单元520a对于像素阵列PA的像素一起(at once)执行复位开始扫描。第二垂直扫描单元520b对于像素阵列PA的像素顺序地执行复位完成扫描。即，垂直扫描单元520一起开始至少两个相邻行上像素的复位操作(参见图11中直线11b)，且顺序地完成至少两个相邻行上像素的复位操作(参见图11中曲线12)。

将参考图12和13描述第一垂直扫描单元520a的布置。图12是显示第一垂直扫描单元520a的电路配置的电路图。图13是显示移位寄存器SR的逻辑配置的电路图。

如图12所示，第一垂直扫描单元520a包括与像素阵列PA的每行相应的移位寄存器SR和AND(与)门AG。移位寄存器SR接收垂直扫描信号PV。AND门AG接收来自移位寄存器SR的输出信号Q和外部输入传送信号PTX。AND门AG为每行上像素输出作为信号Q和PTX的AND运算结果的传送信号PTXn。

移位寄存器SR接收基于垂直扫描信号PV而产生的移位脉冲P1和P2。移位寄存器SR也接收通过反转移位脉冲P1和P2的逻辑而产生的反转移位脉冲P1B和P2B。如图14所示，移位脉冲P1和P2被产生，以使得它们的高电平期间不互相重叠。

移位寄存器SR包括例如图13中所示的逻辑配置。在移位寄存器SR中，移位脉冲P1和P2与反转移位脉冲P1B和P2B被分别输入到端子P1、P2、P1B和P2B。在移位寄存器SR中，来自前面的移位寄存器SR的输出Q，即，垂直扫描开始脉冲PVST的数据被输入到端子D。而且在移位寄存器SR中，输入到端子D的脉冲PVST经由NAND(与非)门根据移位脉冲P1和P2与反转移位脉冲P1B和P2B被从输出端子Q输出到随后的移位寄存器SR。

将参考图14解释垂直扫描单元520的操作。图14是显示垂直扫描单元520的操作的时序图。

移位寄存器SR能够同时地将所有行改变到复位开始状态，因为它能够通过用置位(set)信号set从布置在端子Q的输入侧上的NAND门(参见图13)输入低电平数据来强制地输出高电平数据。更具体地说，如图14所示，在对应于各行上像素的移位寄存器SR中，所述置位信号set同时地从高电平变为低电平(有效电平)。在这一定时，对应于各行上像素的移位寄存器SR输出同时地从低电平变为高电平的输出信号Q_1、Q_2......。这时，外部输入传送信号PTX保留在高电平，因此对应于各行上像素的AND门AG(参见图12)输出同时地从低电平变为高电平的传送信号PTX1、PTX2......。

由于复位开始扫描被使用外部输入一起执行，因此复位操作能够以较高的速度开始。

将参考图15到17描述根据本发明第四实施例的成像系统690。图15是显示图像传感器600和机械快门93的布局的视图。图16是显示图像传感器600的电路配置的电路图。图17是显示图像传感器600的像素阵列PA的各行上像素的操作时序的视图。

如图15所示，图像传感器600与第一实施例在图像传感器600和机械快门93的操作上不同。

在从像素阵列PA的顶行开始复位开始扫描后、在执行复位开始扫描向下到底行前，垂直扫描单元620(后面将描述)从像素阵列PA的顶行开始复位完成扫描。

在像素阵列PA中，在复位开始扫描行109c和复位完成扫描行107之间的区域是复位操作进行(处于复位状态)的复位区域104c。复位开始扫描行109c下的区域103c是像素要被复位的区域。更具体地说，垂直扫描单元620扫描复位区域104c(电子快门操作)以将复位区域104c和其下的区域103c实际上遮光，而不是用机械前帘幕遮蔽它们。当机械前帘幕覆盖复位区域104c和区域103c时，复位完成扫描行107对应于机械前帘幕的上端。

成像系统690的图像传感器600与第一实施例中的具有相同的基本布置，但与第一实施例不同的是：垂直扫描单元620包括第一垂直扫描单元620a和第二垂直扫描单元620b。

第一垂直扫描单元620a对于像素阵列PA的像素顺序地执行复位开始扫描。第二垂直扫描单元620b对于像素阵列PA的像素顺序地执行复位完成扫描。即，垂直扫描单元620顺序地开始至少两个相邻行上像素的复位操作(参见图17中曲线11c)，且在底行的复位操作开始之前顺序地完成至少两个相邻行上像素的复位操作(图17中曲线12)。

将参考图18到20描述第一垂直扫描单元620a和第二垂直扫描单元620b的布置。图18是显示第一垂直扫描单元620a和第二垂直扫描单元620b的电路配置的电路图。图19是显示移位寄存器SR1的逻辑配置的电路图。图20是显示移位寄存器SR2的逻辑配置的电路图。

如图18所示，第一垂直扫描单元620a包括与像素阵列PA的每行相应的移位寄存器SR1。第二垂直扫描单元620b包括与像素阵列PA的每行相应的移位寄存器SR2及AND门AG1和AG2。移位寄存器SR1接收垂直扫描信号PV1。移位寄存器SR2接收垂直扫描信号PV2。AND门AG1接收来自移位寄存器SR1的输出信号Q1和来自移位寄存器SR2的输出信号Q2。AND门AG1对这些信号进行AND运算，以产生和输出输出信号Q12。AND门AG2接收来自AND门AG1的输出信号Q12和外部输入传送信号PTX。AND门AG2对这些信号进行AND运算，以为每行上的像素产生和输出传送信号PTXn。

移位寄存器SR1接收基于垂直扫描信号PV1而产生的移位脉冲P1_1和P2_1。移位寄存器SR1也接收通过反转移位脉冲P1_1和P2_1的逻辑而产生的反转移位脉冲P1_1B和P2_1B。如图21和23所示，移位脉冲P1_1和P2_1被产生，以使得它们的高电平期间不互相重叠。

移位寄存器SR1包括例如图19中所示的逻辑配置。在移位寄存器SR1中，移位脉冲P1_1和P2_1与反转移位脉冲P1_1B和P2_1B被分别输入到端子P1_1、P2_1、P1_1B和P2_1B。在移位寄存器SR1中，来自前面的移位寄存器SR1的输出Q1，即对应于垂直扫描开始脉冲PVST1的数据被输入到端子D1。而且在移位寄存器SR1中，输入到端子D1的脉冲PVST1经由NAND门根据移位脉冲P1_1和P2_1与反转移位脉冲P1_1B和P2_1B被从输出端子Q1输出到随后的移位寄存器SR1。

移位寄存器SR2接收基于垂直扫描信号PV2而产生的移位脉冲P1_2和P2_2。移位寄存器SR2也接收通过反转移位脉冲P1_2和P2_2的逻辑而产生的反转移位脉冲P1_2B和P2_2B。如图22和24所示，移位脉冲P1_2和P2_2被产生，以使得它们的高电平期间不互相重叠。

移位寄存器SR2包括例如图20中所示的逻辑配置。在移位寄存器SR2中，移位脉冲P1_2和P2_2与反转移位脉冲P1_2B和P2_2B被分别输入到端子P1_2、P2_2、P1_2B和P2_2B。在移位寄存器SR2中，来自前面的移位寄存器SR2的输出Q2，即对应于垂直扫描开始脉冲PVST2的数据被输入到端子D2。而且在移位寄存器SR2中，输入到端子D2的脉冲PVST2经由NAND门根据移位脉冲P1_2和P2_2与反转移位脉冲P1_2B和P2_2B被从输出端子Q2输出到随后的移位寄存器SR2。

将参考图21和22解释垂直扫描单元620的操作。图21和22是显示垂直扫描单元620的操作的时序图。

移位寄存器SR1能够预先地将所有行的输出信号Q1一起变为低电平，因为它能够通过用复位信号RES从布置在端子Q1的输入侧上的NOR(或非)门输入高电平数据来强制地输出低电平数据(参见图19)。更具体地说，如图21所示，在对应于各行上像素的移位寄存器SR1中，复位信号RES同时地从低电平变为高电平(有效电平)。在这一定时，对应于各行上像素的移位寄存器SR1输出同时地从高电平变为低电平的输出信号Q1、Q1_2......。

移位寄存器SR2能够预先地将所有行的输出信号Q2一起变为高电平，因为它能够通过用置位信号set从布置在端子Q2的输入侧上的NAND门输入低电平数据来强制地输出高电平数据(参见图20)。更具体地说，如图22所示，在对应于各行上像素的移位寄存器SR2中，所述置位信号set同时地从高电平变为低电平(有效电平)。在这一定时，对应于各行上像素的移位寄存器SR2输出同时地从低电平变为高电平的输出信号Q2_1、Q2_2......。

这时，对应于各行上像素的AND门AG1输出低电平信号。响应于此，如图21和22所示，AND门AG2输出低电平的传送信号PTX1、PTX2......，其为初始设置，而不管外部输入传送信号PTX的逻辑电平。

如图23所示，在对应于各行上像素的移位寄存器SR1中，复位信号RES从高电平变为低电平(无效电平)。响应于此，对应于各行上像素的移位寄存器SR1输出输出信号Q1_1、Q1_2......，其是通过根据级(step)的数目移位垂直扫描开始脉冲PVST1而获得的数据。

这时，来自对应于各行上像素的移位寄存器SR2的输出信号Q2_1、Q2_2......保留在高电平。对应于各行上像素的AND门AG1输出与输出信号Q1_1、Q1_2......相同的信号。外部输入传送信号PTX保留在高电平，所以对应于各行上像素的AND门AG2输出与输出信号Q1_1、Q1_2......相同的信号，即传送信号PTX1、PTX2......。即，垂直扫描单元620(第一垂直扫描单元620a)对于像素阵列PA的像素顺序地执行复位开始扫描。

如图24所示，在对应于各行上像素的移位寄存器SR2中，所述置位信号set从低电平变为高电平(无效电平)。响应于此，对应于各行上像素的移位寄存器SR2输出输出信号Q2_1、Q2_2......，其是通过根据级的数目移位垂直扫描开始脉冲PVST2而获得的数据。

这时，来自对应于各行上像素的移位寄存器SR1的输出信号Q1_1、Q1_2......保留在高电平。对应于各行上像素的AND门AG1输出与输出信号Q2_1、Q2_2......相同的信号。外部输入传送信号PTX保留在高电平，所以对应于各行上像素的AND门AG2输出与输出信号Q2_1、Q2_2......相同的信号，即传送信号PTX1、PTX2......。即，垂直扫描单元620(第二垂直扫描单元620b)对于像素阵列PA的像素顺序地执行复位完成扫描。

以这种方法，垂直扫描单元620能够独立地用第一垂直扫描单元620a执行复位开始扫描和用第二垂直扫描单元620b执行复位完成扫描。垂直扫描单元620顺序地开始至少两个相邻行上像素的复位操作(图17中曲线11c)，且在底行的复位操作开始前顺序地完成至少两个相邻行上像素的复位操作(参见图17中曲线12)。从而，直到快门被释放的时间可以容易地被缩短。

实施例已经描述了具有图4、8和10中所示布置的图像传感器。然而，在本发明的范围内能想到各种变化。例如，用于放大信号的放大器也可以与像素列相应地布置。

本发明对于从例如运动图像拍摄状态切换到例如静止图像拍摄状态是有效的，在所述运动图像拍摄状态中，通过用电子快门驱动前帘幕和后帘幕而拍摄图像，在所述静止图像拍摄状态中，通过使用电子快门作为前帘幕和机械快门作为后帘幕而拍摄图像。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应当理解的是本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包括所有这样的修改及等同的结构和功能。

Claims (14)

1、一种成像系统，包括图像传感器和控制所述图像传感器的曝光终止的机械快门，其中，

所述图像传感器包括：

像素阵列，其中多个像素以矩阵排列，和

垂直扫描单元，其扫描所述像素阵列的每一行，

所述垂直扫描单元并行地执行所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的至少部分复位操作，

像素的电荷积累操作在复位操作完成时开始且响应于所述机械快门遮光而终止，以及

所述垂直扫描单元顺序地完成所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作。

2、根据权利要求1所述的系统，其中：

所述垂直扫描单元执行所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作，以使得复位操作开始后直到复位操作完成的期间在所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素之间相等。

3、根据权利要求1所述的系统，其中：

所述垂直扫描单元执行所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作，以使得复位操作开始后直到复位操作完成的期间，在所述机械快门的前沿的通过速度低的行上比在所述机械快门的前沿的通过速度高的行上要长。

4、根据权利要求1所述的系统，其中：

所述垂直扫描单元顺序地开始所述像素阵列的m个相邻行上的像素的复位操作，在第m行上的像素的复位操作开始时的定时完成第一行上的像素的复位操作，并且并行地执行m个相邻行上的像素的复位操作，以及

m是至少为2的整数，且小于所述像素阵列的所有行的数目。

5、根据权利要求1所述的系统，其中：

所述垂直扫描单元顺序地开始所述像素阵列的m个相邻行上的像素的复位操作，且使得初始行上的像素的复位期间等于相邻所述初始行小于m行上的像素的复位期间，在所述初始行上像素的复位操作在所述像素阵列中首先开始。

6、根据权利要求1所述的系统，其中：

所述垂直扫描单元一起开始所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作。

7、根据权利要求1所述的系统，其中：

所述垂直扫描单元完成所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作，以使得在复位操作完成时直到所述机械快门遮光的期间在所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素之间相等。

8、一种图像传感器，包括像素阵列和垂直扫描单元，在所述像素阵列中，电荷积累操作的终止由机械快门确定的多个像素以矩阵排列，所述垂直扫描单元扫描所述像素阵列的每一行，其中：

所述垂直扫描单元并行地执行所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的至少部分复位操作，

像素的所述电荷积累操作在所述复位操作完成时开始，且

所述垂直扫描单元顺序地完成所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的所述复位操作。

9、根据权利要求8所述的传感器，其中：

所述垂直扫描单元执行所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作，以使得在复位操作开始后直到复位操作完成的期间在所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素之间相等。

10、根据权利要求8所述的传感器，其中：

所述垂直扫描单元执行所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作，以使得复位操作开始后直到复位操作完成的期间，在所述机械快门的前沿的通过速度低的行上比在所述机械快门的前沿的通过速度高的行上要长。

11、根据权利要求8所述的传感器，其中：

所述垂直扫描单元一起开始所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作。

12、根据权利要求8所述的传感器，其中：

所述垂直扫描单元完成所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素的复位操作，以使得在复位操作完成时直到所述机械快门遮光的期间在所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素之间相等。

13、一种控制成像系统的方法，所述成像系统具有图像传感器和控制所述图像传感器的曝光终止的机械快门，所述方法包括，对于所述图像传感器中的多个像素以矩阵排列的像素阵列的每一行执行下面的步骤：

开始步骤，开始像素的复位操作，

完成步骤，完成像素的复位操作，和

遮光步骤，用所述机械快门将像素遮光，

其中，在执行所述像素阵列的第一行上像素的开始步骤之后、在执行所述像素阵列的所述第一行上像素的完成步骤之前，执行与所述第一行相邻的第二行上像素的开始步骤，在执行所述第一行上像素的完成步骤之后，所述第一行上像素的电荷积累操作开始，且在执行所述第一行上像素的遮光步骤后，所述第一行上像素的电荷积累操作终止，以及

对于所述第一行上像素和所述第二行上像素顺序地执行所述完成步骤。

14、根据权利要求13所述的控制成像系统的方法，其中：

对于所述像素阵列的至少两个相邻行上的像素一起执行所述开始步骤。

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