CN103281493A

CN103281493A - 具有列读取的成像器

Info

Publication number: CN103281493A
Application number: CN2012105993134A
Authority: CN
Inventors: A·托伊威森
Original assignee: Harvest Imaging BVBA
Current assignee: Harvest Imaging BVBA
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP5589053B2; US20140183332A1; US9040894B2; EP2611142B1; JP2013138432A; EP2611142A1; CN103281493B

Abstract

本发明提供一种具有列读取的成像器。阵列(31)包括用于探测辐射的多个像素(P_i，j)，按行和列排布的像素(P_i，j)典型的被设置为用于逐行读取像素信息。根据本发明，所述阵列(31)还提供有可选择装置，用于将在阵列的不同行(例如特定列)的第一组(35)像素的像素信息移动成与所述阵列的所述第一组(35)的像素(P_i，j)数量相等的多个列上呈现的信息，所述第一组(35)像素(P_i，j)包括数量多于一个的像素(P_i，j)。这样，例如相同列上的不同行的多个像素的像素信息可以被同时读取。

Description

具有列读取的成像器

技术领域

本发明涉及图像感测，例如医疗成像、机动车成像、机器视觉、夜视、数字摄影或数字摄像成像。本发明涉及用于探测辐射的设备和方法，并且特别涉及在像素列上快速读取被探测的辐射的设备和方法。

技术背景

图像传感器中有一种类型是有源像素传感器(APS)。APS图像传感器一般使用金属氧化物半导体(MOS)处理技术来制造，特别例如互补金属氧化物半导体(CMOS)处理技术，一般称为(C)MOS图像传感器。CMOS图像传感器通过光电效应将射入的辐射(光子)转化为电荷(电子)来感测光。CMOS图像传感器的每一个像素一般包括光接收器(例如光电二极管)和数个CMOS晶体管。

现有CMOS图像传感器包括但不限于，三晶体管(3T)和四晶体管(4T)像素器件。也具有多于四个晶体管的像素器件。在这一类型的图像传感器中的像素电路一般包括用于将光接收器电压缓冲到列线上的源极跟随晶体管。

图1中示意了现有的像素配置。图1只作为例子描述了用于CMOS图像传感器的4T像素10。在像素中的所有晶体管均是MOS晶体管。在图1中示出的像素10包括光接收器11，在这个例子中示意为PIN光电二极管PPD，用于将冲击辐射转化为电荷。所述像素10进一步包括用于向传感节点16转移由光接收器11产生的电荷的采样和保持晶体管12，用于重置所述传感节点到一初始值的重置晶体管13，用于将所转移的电荷转化为电压的源极跟随晶体管14，以及用于将所述电压实际上施加到列线上的选择晶体管15。

在图2中示意了CMOS图像传感器20的典型配置。所述图像传感器20包括排布成n行和m列的像素10的二维阵列21。在图2所示意的例子中，有7行和10列。在阵列中的像素10可以是任一合适类型的像素，例如是图1中所示意的像素。

一般在现有的系统中，排布在阵列21中列上的所有像素10与用于读取像素10中产生并储存的像素信息的列总线OUT相连接。来自CMOS图像传感器的像素信息一般一行一行地顺序读取。这一顺序读取技术通过水平和竖直扫描电路来实现。在图2种没有显示这些数字部分。

现有的读取过程可以从阵列的顶部，底部或任一随机选定的行开始，但是在任何情形下，行都是一个接一个的读取。这意味着首先读取第一行像素的像素信息，随后读取一般与第一行相邻的第二行像素的像素信息，如此等等。

与这种传感器的读取方式相配的传统时序(timing)可以如下(基于每个像素中具有四个晶体管的PIN光电二极管器件，如在图1中所示意)：

a)由重置晶体管13重置一特定行的所有像素；

b)激活选择晶体管15，且将源极跟随器14连接到偏置电流；

c)由列的模拟电路22对重置水平进行采样；

d)激活采样和保持晶体管12，且电子从所述光接收器11向所述传感节点进行转移；

e)由列的模拟电路22对实际视频水平进行采样；

f)当获得了所述两个采样(重置水平和实际视频水平)时，将它们在模拟域中相减；

g)模拟信号经由AD转换器23被转换为数字域；

h)数字数据被多路复用(multiplexed)且经由数字输出总线24转移离开芯片。

因此，为了读取单独一条线上像素的像素信息需要从a)到h)的完整循环，这会占据一完整的线时间。通过简单计算，以具有6000列和4000行、且5帧/秒的传感器为例，总帧时间将会是200ms。总的可用线时间将会为1/(4000*5)＝0.05ms。

在对来自传感器的完整信息不感兴趣而仅关心一列信息的情形下，仍然需要读取完整的传感器，这是因为读取机构基于逐线的系统。在之前提到的情形下，将会需要200ms来读取单独一列像素的像素信息。

发明内容

本发明实施例的一个目的在于提供一种改进的，例如更快地读取，列像素上的数据的方法和系统。

通过根据本发明的方法和设备可实现上述目的。

第一方面，本发明提供了一种阵列，该阵列包括用于检测辐射的多个像素，所述像素按行和列被逻辑排布。所述阵列适于逐行读取像素值。根据本发明的实施例，所述阵列包括设置在所述阵列不同行中的第一组像素，所述第一组像素包括数量多于一个的像素。在所述第一组像素中的每个像素包括用于将其像素信息传移到一水平行总线的可切换数据路径。在所述第一组像素中的每个像素进一步与处于相同行但不同列的另一个像素相关，所述另一像素适于将呈现在水平行总线上的像素信息赋予到与所述另一像素相关的一列线上。对于所述第一组像素中的其它像素进行选择以使得均排列在不同列上。这允许同时读取所有需要移动信息的像素。

通过将不同行像素的像素信息，例如一列像素的像素信息，转化为单独行的多列上的信息，对单独行的读取可提供该列上多个像素的信息。这使得排列在一列上像素的像素信息被更快地读取。

根据本发明的实施例，所述水平行总线可以为一水平重置线，其优点在于不需要额外的行总线；如果所述水平重置线被正确的脉冲调制，对已存在的行总线再利用是可能的。

可替代地，所述水平行总线可以为用于从一列像素向其它列转移数据的专用水平线。

其它像素可提供有在行总线和列总线之间连接的可切换路径，其他像素都与该可切换路径相连。并且，所述可切换路径可提供有一开关。

在根据本发明的实施例的阵列中，所述第一组像素可以包括聚焦像素。

第二方面，本发明提供了包括根据本发明的第一方面的像素阵列的成像器。

第三方面，本发明提供了用于转移排布在像素阵列中至少两个不同行上(例如同一列上)的第一组像素的像素信息的方法，所述像素阵列包括按行和列逻辑排布的多个像素，在所述第一组像素中的每个像素与一行总线以及与位于在相同行但不同列的另一像素相关。所述方法包括将所述第一组的每一像素的像素信息转移到相关的行总线，以及将在行总线上呈现的像素信息转移到与所述第一组像素相关的其它像素的列线上以用于同步输出。

在根据本发明的实施例的一方法中，将像素信息转移到一行总线可以包括将像素信息转移到重置线。可替代地，将像素信息转移到一行总线可以包括将像素信息转移到专用于将第一组像素数据转换成第二组像素数据的一行总线。

根据本发明实施例的方法，将行总线上的像素信息转移到相应列线上可包括闭合位于行总线和列总线之间的可选择路径，例如使其导电。闭合该路径可包括打开晶体管。

在本发明的实施例中，所述方法可以进一步包括同时读取第一组每个像素的像素信息。

本发明的特有和优选的方面在随附的独立和从属权利要求中进行了说明。通过适合但不仅限于权利要求中所明确说明的方式，可将从属权利要求中的特征与独立权利要求中的特征以及其它从属权利要求中的特征进行组合。

出于概述本发明相对于现有技术所具有的优点的目的，本发明的某些目的和优点在本文以上部分已经描述。当然，可以理解的是根据本发明的任何特定实施例不需要实现所有这些目的和优点。因此，例如，本领域技术人员将会认识到，本发明可以以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来实行或实施，而不必实现本文所教导或建议的其它目的和优点。

本发明的以上和其它方面将会从下文描述的相关实施例中显见和阐明。

附图说明

通过举例并参照相关附图来对本发明作进一步说明，其中：

图1示意了现有技术的4T像素。

图2示意了具有读取电路的现有技术的像素阵列。

图3示意了根据本发明的实施例的一个像素阵列。

图4示意了根据本发明的实施例的设置为向行总线转移电荷的4T像素。

图5展示了本发明的实施例的部分像素结构在二维成像阵列中的概图，其中最右侧的列会将其信息从像素所在的竖直列线上转移到水平行总线。

图6图表地示意了依照本发明的实施例的在一像素的一典型操作中的不同开关的时序图。

图7示意性示出了根据本发明的实施例怎样将列信息转移成行信息。

图8展示了按照本发明的实施例的部分像素结构在二维成像阵列中的概图，其中提供了行聚焦像素和列聚焦像素，在行读取操作中，所述列聚焦像素将其信息从像素所在竖直列线上转移到水平行总线，所述行聚焦像素在行读取操作中也被读取；因此，按照本发明的实施例的所述聚焦像素的读取只需要一些线的读取。

图9示意了根据本发明的实施例的在二维成像陈列中的部分像素结构，其中同时被读取的像素分布在多个行和列。

附图只是为了说明，而不是为了限制，由于说明目的，一些部件的大小可以被夸大且非成比例地展现。尺寸和相对尺寸不必对应于实行本发明时的实际情况。

在权利要求中的任何附图标记不应该构成对范围的限制。

在不同的附图中，相同的附图标记指的是相同或相似的部件。

具体实施方式

本发明是结合特定实施例以及参考特定附图进行描述的，但本发明的范围并不局限于此，而只被权利要求所限制。

在说明书和权利要求中的术语第一、第二及类似表述，被用于在相似部件之间进行区分而不是为了描述顺序、时间、空间、等级或其它规则。可以理解的是，使用的所述术语在适当环境下可以互换，以及本文所描述的本发明的实施例可以以本文所描述和说明的其它顺序来运行。

再者，在说明书和权利要求中的术语顶部、底部、之上、之下以及类似表述用作描述性目的而不是用作描述相对位置。可以理解的是，所使用的这些术语在适当环境下可以互换，以及本文所描述的本发明的实施例可以以本文所描述和说明的其它方位来实现。

值得注意的是，在权利要求中的术语“包括”，不应当被解释为限制于后面列举的部件，因为它并不排除其它部件或步骤。只是被理解为表示特征、整体、步骤或成分的存在，而不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、成分或其组合的存在。因此，一种表述“设备包括装置A和B”的范围不应当被限制为只包括部件A和B的设备。这意味着关于本发明，与该设备相关的部件是A和B。

贯穿说明书中提及的“一个实施例”或“实施例”意味着与本实施例相关的一特定特征、结构、或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在贯穿说明书不同地方的短语“在一个实施例”或“在实施例”不一定但可以指的是相同实施例。再者，在一个或多个实施例中，特定特征、结构、或特性可以本发明对于本领域技术人员是明显的任何合适方式进行组合。

同样地，可以理解的是在本发明的示例性实施例的描述中，基于简化以及有助于一个或多个不同发明内容的理解的目的，而将本发明的不同特征组合于一单独的实施例、附图或其描述中。然而，不能将本发明的方法解释为，所主张的每一权利要求都需要比该权利要求中所描述的特征更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的，发明内容的特征应该少于一个前述公开的实施例的所有特征。因此，在详细说明书后的权利要求书以并入本详细说明书的方式来描述，每一项权利要求均作为本发明分离的实施例而独立存在。

再者，虽然本文所描述的一些实施例包括了其它实施例中的一些特征，而没有包括其余特征，但是不同实施例特征的组合也意味着处于本发明的范围内，且形成不同实施例，这对于本领域技术人员来说是可以理解的。例如，在以下的权利要求中，任何要求保护的实施例能够以任何结合的方式使用。

应该注意的是，当描述本发明的某些特定特征或方面时，特定术语的使用不应该被理解成该术语是在本文中被重新定义的且被限制为包括与该术语相联系的本发明的特征或方面的任何特殊特性。

在本文所提供的说明中，大量具体细节被阐明。但是，可以理解的是，本发明的实施例可以没有这些具体细节也能实行。在其它例子中，为了不使本说明书的理解模糊，熟知的方法、结构和技术没有详细展示。

在本发明的上下文中，冲击并因此被探测的辐射可以为任何类型的电磁辐射，例如，可见光、紫外光、红外光、X射线、伽玛射线。可替代地，冲击辐射可以为粒子，包括低能或高能电子、质子、强子或其它粒子。

本发明的实施例涉及成像器，例如但不限于CMOS成像器，包括探测辐射的像素阵列。典型地，在这样的像素阵列中，所述像素被按行和列排列成阵列。术语“列”和“行”被用于描述连接在一起的阵列元件组。这些连接能够形成笛卡尔阵列形式的行和列，但是，本发明不限于此。同样，非笛卡尔的阵列也可以被构造和包含在本发明的范围内。因此，术语“行”和“列”应当被广义解释。为使得广义理解方便，这可以称之为“逻辑排列”的行和列。例如，所述行可以为圆周，所述列为这些圆周的半径，那么圆周和半径在本发明中被描述为“逻辑排列”行和列。由此这意味着，像素组以拓扑线性交叉方式被连接到一起；然而，物理布局或拓扑布局也可以不是这种方式。贯穿本说明书，术语“水平”和“竖直”(分别与术语“行”和“列”相关)被用来提供坐标系，并仅便于解释。它们不一定但可以指的是设备的实际物理方向。

如本领域技术人员可理解的是，列和行能够被容易地互换，且在本文中这些术语意指是可互换的。无论其物理方向，“列”意味着指示在像素阵列中的第一方向，在后续的扫描操作中一般读取沿着这个方向排列的相邻像素。“行”意味着指示第二方向，一般同时读取沿着这个方向排列的相邻像素。行方向和列方向是不同的方向，例如为相正交的方向。

同样，在像素阵列中的不同线的特定名称，例如，重置线或选择线，意指使解释便利且指的是具有特定功能的普通名称。应该理解的是，所有这些术语被仅用来便于所描述的具体结构的理解，并且这些具体词语的选用不是为了以任何方式限制本发明。

根据本发明的实施例的成像器30展示在图3中。所述成像器30适用于，在第一操作模式下，逐行读取由图像的像素所捕捉的图像数据，且在第二操作模式下，通过重映射(re-mapping)工艺同时读取由不同行上的多个像素所捕捉的数据。

至此，根据本发明实施例的成像器30包括用于探测辐射的像素32、40的阵列31。在图3所描述的实施例中，描述了尺寸为3×4的n×m成像器，也即，在水平方向为3行和竖直方向上为4列的阵列。每行包括的像素32、40数量不多于列的数量，例如像素32、40数量等于列的数量，图中示意为4个像素；每列包括的像素32、40数量不多于行数量，例如像素32、40数量等于行数，图中示意为3个像素。但是，图3例子中给出的数量只为了便于描述。在成像器的实际实施方式中，将会有比所述阵列31中更多的行和列，例如800行乘600列，或1600行乘900列，或4000行乘6000列，但其它行/列关系也是可能的。这导致成像器一般包括大约500000个像素32或甚至更多。6M到20M的像素成像器是常见的。

在像素阵列31中的每一个像素32、40与行i和列j相关。“与行i和列j相关”意思是所述像素为行i和列j的一部分，或理解为与行i和列j相关的像素被设置在阵列31的位置i，j处。阵列31在位置i，j处的像素可以用P_i，j表示。不只是像素P_i，j与行和列相关，列线与列也相关，并且行线与行也相关。

对于常规读取，像素P_i，j通过例如开关33(例如可通过晶体管实现)可连接到与列j相关的列线34_j，用于输出像素信息。单独列j上的像素P_i，j(i＝1...n)通过它们的开关33连接到列线34_j。在操作中，列j的一个像素P_ij在进行读取时被选择(位于将被读取的行i上的同一个像素)，并且同时选择行i上的多个像素；这些像素P_i，i，...P_i，m(对于m列的阵列)的像素信息被赋予到相关的列线34₁...34_m，并且读取这些列线34₁...34_m。对信息的处理可以在模拟域(domain)、数字域或两者的组合的域中完成。

在正常的传感器操作中(例如用于静止图片应用或视频应用)，所述成像器30被顺序地逐行读取。这意味着行i的所有像素P_i，j将它们的像素信息赋予到与它们相关的列线34_j。这些列线可以并行读取，之后，另一行i+1的所有像素将它们的信息赋予到与它们相关的列线34_j用于输出等等。

依照本发明的实施例，阵列31可适于允许同时读取阵列31的特定列j的第一像素组35中的至少两个像素，例如至少三个像素，也例如至少4个像素，至少10个像素，至少20个像素。在图3所描述的实施例中，所述第一像素组35由像素阵列31的右侧列所形成；然而，本发明并不限于此。在列中被同时读取的第一像素组35的像素可以由非右侧列的另一列所提供，和/或第一像素组35的像素可以限制为少于列的所有像素P_i，j。

根据本发明的实施例的一合适像素40为具有至少两个像素的第一像素组35中的一个像素，其中该第一像素组35例如还可以具有至少三个像素，如至少4个像素，至少10个像素，至少20个像素，该像素可提供有数据路径41，例如可切换数据路径，用于将像素信息转移至与行(该行与像素40相关)相关的水平行总线上，而不是转移到作为用于读取像素信息的通常线的竖直列线上。最终所述竖直列线34₁...34₃将仍被用于同时读取所述第一像素组35的像素信息，但所述第一像素组35的不同像素的像素信息将会经由所述水平行总线转移到所述多个竖直列线34₁...34₃。所述数据路径41可以为可切换数据路径，后者可包括列选择开关或由列选择开关组成。

图4中描述了根据本发明实施例的具有一可切换开关数据路径的4T像素40的例子。所述像素40包括用于将冲击辐射转化为电荷的光接收器42，在例子中示意为一PIN型光电二极管PPD。像素40进一步包括用于将所述光接收器42产生的电荷向传感节点48转移的采样和保持晶体管43，用于将所述传感节点重置到初始值的重置晶体管44，用于缓冲传感节点48上的电压的源极跟随晶体管45，用于将所述源极跟随器的输出电压施加到列线34上的选择晶体管46，以及数据路径41，其中该数据路径41包括用于将所述源极跟随器的输出电压施加到行总线60上的另一选择晶体管47。

所述光接收器42在地和所述采样和保持晶体管43的源极之间进行连接。所述采集和保持晶体管43的栅极被连接到转移线TX，且所述采样和保持晶体管43的漏极被连接到所述重置晶体管44的源极和所述源极跟随器晶体管45的栅极。所述重置晶体管44的漏极被连接到电压提供线VDD。所述重置晶体管44的栅极被连接到重置线RST。所述源极跟随器晶体管45的漏极也连接到电压提供线VDD。所述源极跟随器晶体管45的源极被连接到所述选择晶体管46的漏极。所述选择晶体管46的栅极被连接到行选择线RS。所述选择晶体管46的源极连接列线OUT。

重置晶体管44被用于重置在所述传感节点48上的电压。采样和保持晶体管43用于转移光接收器的电荷。源极跟随器晶体管45接收和放大来自传感节点48的信号。选择晶体管46用以选择像素40用于输出。

依照本发明的实施例，像素40提供有额外数据路径41，所述额外数据路径41也连接到所述源极晶体管45的源极。这个所述额外数据路径41适于连接至水平行总线60，以使得在所述像素40的适当激活下，像素信息可以被转移到所述水平行总线60。在本发明的特定实施例中，所述额外数据路径41提供有一列选择开关47。当将所述列选择开关47切换到打开时，呈现在所述源极跟随器晶体管45的栅极电容上的像素信息被转移至与像素40的所述额外数据路径41相连接的行总线60。

虽然上面的实施例以一特定类型的4T像素来进行说明，但是本发明并不限于此。本发明的实施例也包括其它类型的像素，例如3T像素，5T像素或其它像素，只要它们适于与水平总线相连接以使得像素信息可以被转移到所述水平线总线。

图5描述了根据本发明实施例的阵列31的一部分。描述的是较大阵列的2个行和3个列。从图5中可以看出，依照本发明的实施例，与右侧列相关的像素为像素40，其配置有提供像素信息给行总线的额外数据路径41。然而，但是本发明的适于被同时读取的像素不限于右侧列上的第一组像素；依照本发明的实施例的具有额外数据路径41的第一组像素可以出现在任一列，甚至可分布在多个列。

如图6中例子所示意的，在操作时，首先重置特定行上的所有像素。这可以通过将重置线RST以及与该特定行相关的转移线TX设置为高，例如设置为等于或高于VDD，来完成。所述重置线RST设置为高将打开重置晶体管44，并且转移线TX设置为高将打开采样和保持晶体管43，并且由此将跨光接收器42的电压设置成一固定的初始值。

所述重置线RST和TX信号随后设置为低(例如接地)，由此关闭重置晶体管44以及关闭采样和保持晶体管43且开始合并阶段(integrationphase)。当所述重置线RST和所述转移线TX为低时，像素40将聚焦到光接收器42上的辐射总量进行合并，且光接收器42从重置水平向下放电。在合并阶段的最后，重置线RST被再次激活以通过重置晶体管44来重置传感节点。当关闭重置晶体管44后，施加到所述节点上的电压被采样并储存在模拟域中。接下来所述转移线TX被设置为高来开始对由辐射产生的信息的读取阶段。将转移线TX设置为高就打开了采样和保持晶体管43，且使得在所述光接收器42上的电荷被转移到在与所述源极跟随器晶体管45的栅极相接的所述节点处的寄生电容。所述转移线TX随后设置为低，由此关闭取样和保持晶体管43。由所述源极跟随器所传递的电压被再次采样并再次储存在模拟域中。

本领域技术人员将会清楚的是，关于图6中所描述的操作模式仅仅是一个例子，而不是旨在限制本发明。不同像素可以具有不同的操作原则，但即使特定的像素也可具有不同的操作模式。

对于一般对阵列的行上的像素的像素信息的读取，行选择线RS将会设置为高(例如VDD)，从而使该行的每一源极跟随器的晶体管45连接到与其相关的列线来读取线的像素信息。

然而，依照本发明的实施例，希望尽可能快地读取在一列上的第一组像素中的至少两个像素，例如至少3个像素，如至少4个像素，至少10个像素，至少20个像素的像素信息。这些像素可以例如被称为聚焦像素，该聚焦像素帮助确定例如数码相机的成像设备是否处于聚焦状态。

至此，考虑到在所述图5的例子中右侧列包括被同时读取的所述第一像素组35，将选择这一右侧列的或通常选择依照本发明的实施例被同时读取的第一像素组35的像素信息的列的列选择线CS设置为高(例如VDD)。通过这样的设定，所述第一组的像素的像素信息被赋予至相关行总线，这意味着所述第一像素组35的多个像素的像素信息每个被赋予到分离的行总线。所述第一像素组35的第一像素的像素信息被赋予至与第一行相关的第一行总线上，其中该第一行与所述第一像素相关；所述第一像素组35的第二像素的像素信息被赋予至与第二行相关的第二行总线上，其中该第二行与所述第二像素相关等，由此所述第一行总线和所述第二行总线是物理上不同的行总线。

所述第一像素组35的每一像素P_i，x(x为所述第一像素组35的列)与一特定行i相关。对于所述第一像素组35的每一像素P_i，x，在相关的特定行i上提供了转移像素36，该转移像素36与特定的列j≠x相关且适于将i^th行总线上的像素信息转移到所述特定列j。与不同行总线相关的转移像素36也与不同的列线相关。这意味着与第一行和第一列相关的转移像素36适于将第一行总线上的像素信息转移到与所述第一列相关的列线上。与所述第二行和与所述第一列不同的第二列相关的转移像素适于将在第二行总线上的像素信息转移到与所述第二列相关的列线上，如此等等。

以P_k，I表示的转移像素36与用于在相关的k^th行总线和相关的I^th列线之间连接的数据路径50特别适合。该数据路径50可以为可切换数据路径，例如提供有列选择晶体管51的数据路径。这样的列选择晶体管51可以由列选择线CS进行驱动，为了使得所述数据路径导通而允许像素信息被传递到相关的列线上，所述列选择线CS需要被设置为高(例如，VDD)。所述列选择线可以与打开所述第一像素组35中的像素40中的所述额外数据路径41的列选择线相同。这样的优点在于，当所述第一像素组35像素的像素信息被转移到相关行总线时，相应的转移像素36可被自动切换打开用于将像素信息从行总线传递到相关的列线。

在图5所描述的实施例中，第一像素组35中的像素40提供有选择晶体管46和另一选择晶体管47。另一选择晶体管47允许将所述第一组像素35中的像素40的像素信息转移到不与所述第一像素组35的像素40相关的其它列上，而选择晶体管46允许通过与其相关的列线常规读取像素40。在特定实施例中，例如当所述第一像素组35是聚焦像素时，只想要尽快获得聚焦信息。因此，常常希望这些像素的同时读取，而这些像素的顺序读取是不必的。在这种情形下，所述选择晶体管46可以省去，而只需要提供依照本发明的实施例的同时读取的数据路径41。

图7示意性示出了对于排布成一列并被同时读取的第一像素组35的像素信息所发生的情况：像素信息被转移到与排布成一行的第二像素组相关的列线上，这些像素信息可被单独线的单次读取操作所读取。箭头指的是一个特定列的所述信息怎样被转移成行信息。

对于之前给的具有4000行和6000列的成像器的例子，第一组的多个像素的读取时间将等于0.05ms，从而取代现有技术中所需的200ms的读取时间。

本发明的实施例可用于在一条线的时间内(in one line time)读取一完整的列，以及在一条线的时间内读取一部分列，以及在一条线的时间内读取多个列的多个部分。可选的，多个列的多个部分也可以在多于一条线的时间内被读取，但在本发明的实施例中，在读取多个列的多个部分时所需的时间比读取多个列的多个部分通常所需的多条线的时间要短。

原则上，一行上所有像素都可以用于转移列信息。本发明实施例对于一行中可使用的像素的限制是：在行上需要用于数据转移的像素数量至少要等于排布在列上的需要同时读取的像素的数量。

本发明的实施例的方案是硬连线的。它不需要改变或选择需要读取的列的位置。

根据本发明实施例的像素、阵列或方法的应用例如可以由具有跨越成像器的有源区域而分布的聚焦像素的图像传感器来建立。由于取代了通过读取完整的图像来获得聚焦信息，在本发明的实施例中获得聚焦信息的时间将会减少到一条线时间或至多为几条线时间。作为一个例子，聚焦像素可以按行排布和按列排布。图8中描述了这样的一个例子，其中聚焦像素在图像上排布成(部分)列和(部分)行，二者均由阴影像素表示。按照本发明的实施例，列可以被转化成读取一行或多行。在示意的例子中，列的聚焦像素的读取可以被转化为读取一行。行上的聚焦像素的读取也可以由读取一行完成。然而在所示意的实施例中，本发明不限于此，例如可以要求读取两条线；更通常的是要求读取几条线，例如10条线。

图9示意了另一个例子，其中被同时读取的像素40分布在多个行和列。被同时读取的所述像素40在图9中被涂了阴影。对于每一像素40，特别适于将它的像素信息转移到行总线上，在同一行上提供了相应的像素36，该像素36适于从所述行总线获取像素信息且将其赋予到用于输出的列线上。这样，取决于像素40在所述阵列上的排布，这些像素可以按照本发明的实施例在单独一条线或至多几条线的读取操作中被读取。

有利的是，在本发明的实施例中，不需要额外的、新的水平总线(称为行总线)。可以将已存在的重置线用于这个目的。但是，在可替代的实施例中，可以提供专用的行总线。

在增加了用作行总线的额外水平线的情形下，行-列开关可以由短路来代替。然而，这种方案的缺点在于增加了常规像素的总线电容。另一个限制在于，在这种情形下，现有的重置线不能被用于替代所述行总线。

在附图以及前述的说明书中本发明已被详细描述和说明，但这些描述和说明被认为是说明性或示例性而非限制性的。之前的说明详述了本发明的某些实施例。然而，可以意识到的是，无论文中前述看起来是多么的详细，本发明可以以许多方式使用。本发明不限于所披露的实施例。

Claims

1.一种包括多个用于探测辐射的像素(P_i，j)的阵列(31)，所述像素(P_i，j)按行和列逻辑排布，所述阵列(31)适于逐行读取像素值，其特征在于：

所述阵列(31)包括位于所述阵列的不同行上的第一组(35)像素，所述第一组(35)的像素(P_i，j)包括数量多于一个的像素(P_i，j)；

在所述第一组(35)像素中的每一像素(P_i，j)包括用于将其像素信息转移到水平行总线上的可切换数据路径(41)；

在所述第一组(35)像素中的每一像素与位于相同行但不同列的另一像素(36)相关，其他像素(36)适于将呈现在所述水平行总线上的所述像素信息赋予到与所述其他像素(36)相关的列线(34)上；

其中用于所述第一组(35)的所述多个像素(40)的其它像素(36)被选择为都排布在不同列上。

2.根据权利要求1的阵列(31)，其中所述第一组(35)像素包括所述阵列(31)中的一列的多个像素。

3.根据权利要求1或2的阵列(31)，其中所述水平行总线是水平重置线。

4.根据前述任一权利要求的阵列(31)，其中所述其它像素(36)提供有用于在与其它像素(36)相关的行总线和列总线之间进行连接的可切换路径(50)。

5.根据权利要求4的阵列(31)，其中所述可切换路径(50)提供有开关(51)。

6.根据前述任一权利要求的阵列(31)，其中所述第一组(35)像素包括聚焦像素。

7.一种包括根据前述任一权利要求的像素阵列(31)的成像器(30)。

8.一种用于转移排布在像素阵列(31)的至少两个不同行上的第一组(35)像素的像素信息的方法，所述像素阵列(31)包括按行和列逻辑排布的多个像素(P_i，j)，在所述第一组(35)像素中的每个像素与行总线相关并与位于相同行但不同列的另一像素(36)相关；

所述方法包括以下步骤：

将所述第一组(35)的每一像素(40)的像素信息转移至相应行总线上，以及

将在所述行总线上呈现的所述像素信息转移至与所述第一组(35)的像素相关的其它像素的所述列线(34)以同时读取。

9.根据权利要求8的方法，其中，将所述像素信息转移至行总线上包括将所述像素信息转移至重置线。

10.根据权利要求8或9的方法，其中将在所述行总线上的像素信息转移到各列线包括闭合在所述行总线和所述列线(34)之间的可选择路径(50)。

11.根据权利要求8-10任一项的方法，还包括同时读取所述第一组(35)的每一像素(40)的所述像素信息。