CN105359506B - 图像传感器及驱动其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器，包括：沿着多条行线和列线以矩阵形式布置的多个像素；扫描驱动器，用于在分组模式中以n条线为单元选择行线；以及读出电路，用于输出通过根据行线的选择采样在每条列线中输出的nx1个信号并且以m条相邻的列线为单元对所述采样的nx1个信号进行平均而产生的nxm个分组信号，其中n和m的每一个是大于或等于2的自然数。

Description

图像传感器及驱动其的方法

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，并且更具体地，涉及一种图像传感器和能够在分组(binning)模式中改善读出速度的驱动所述图像传感器的方法。

背景技术

图像传感器是用于从外部检测光图像信号并且将光图像信号转换为电信号的装置，并且通过安装在各种电子设备中而被广泛使用。

图像传感器具有光检测元件，即，以矩阵的形式沿行线和列线布置的像素，并且每个像素包括用于将入射光转换为电信号的光电二极管。

图像传感器的像素具有小的尺寸，并且光电二极管能够接收的光量是有限的。为了改善此，使用以分组模式驱动的图像传感器。

在常规模式中，图像通过使用在每个像素中产生的电信号而形成，但是在分组模式中，图像通过合并(summing)邻近的像素的电信号而形成。

根据传统技术，即使在分组模式中，类似于常规模式行线和列线在读出信号中被逐一选择。因此，降低了分组模式中的读出速度，并且由于降低信噪比，所以劣化了分组的图像的质量。

此外，因为在彼此相反的阶段(phase)读出奇数的行线和偶数的行线的信号，使得在行线之间产生时间延迟，所以用传统技术难以提高帧速率。

发明内容

本发明的目标是通过提高分组模式中的读出速度来提高信噪比和帧速率。

为了实现以上目标，根据本发明的一个方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：以矩阵的形式沿着多条行线和列线布置的多个像素；扫描驱动器被，被配置为在分组模式中以数量n的线为基础选择行线；以及读出电路，被配置为响应于选择所述行线从所述列线的每一个读取n x 1个信号，采样所述n x 1个信号，以数量m的列线为基础对所述nx 1个信号进行平均，并且输出n x m个分组信号，其中n和m是大于或等于2的自然数。

读出电路可以包括：第一采样电路和第二采样电路，被配置为轮流采样从所述列线的每一个输出的n x 1个信号，并且轮流输出所述n x m个分组信号；以及连接开关，被配置为接通/断开数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路的相应的连接。

所述第一采样电路和所述第二采样电路的每一个可以包括：第一开关，被配置为接通/断开所述n x 1个信号的输入；电容器，被配置为当所述连接开关在接通状态中时，贮存所述n x 1个信号并且贮存所述n x m个信号；以及第二开关，被配置为接通/断开n x m个信号的输出。

读出电路被配置为以数量m的列线为基础依次输出所述n x m个信号。

根据本发明的另一方面，提供一种驱动图像传感器的方法，所述图像传感器包括以矩阵的形式沿着多条行线和列线布置的多个像素，所述方法包括：在分组模式中以数量n的线为基础选择所述行线；以及用读出电路响应于选择所述行线从所述列线的每一个采样n x 1个信号，并且通过以数量m的列线为基础对所述n x 1个信号进行平均来输出n x m个分组信号，其中n和m是大于或等于2的自然数。

所述方法还包括：通过由所述读出电路配置的第一采样电路和第二采样电路轮流采样从所述列线的每一个输出的n x 1个信号，并且轮流输出所述n x m个分组信号，其中所述n x m个分组信号通过连接数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路而形成。

所述第一采样电路和所述第二采样电路的每一个包括：第一开关，被配置为接通/断开所述n x 1个信号的输入；电容器，被配置为当所述连接开关在接通状态中时贮存所述n x 1个信号并且贮存所述n x m个信号；以及第二开关，被配置为接通/断开n x m个信号的输出。

所述读出电路被配置为以数量m的列线为基础依次输出所述n x m个信号。

进一步根据本发明的另一方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：以矩阵的形式沿着多条行线和列线布置的多个像素；从所述行线延伸的多条扫描线；从所述列线延伸的多条读出线；扫描驱动器，连接到所述扫描线并且被配置为在分组模式中以数量n的线为基础选择行线或者在常规模式中以一条线为基础选择所述行线；以及读出电路，连接到所述读出线并且被配置为在分组模式中从所述读出线的每一个读取n x 1个信号，采样所述n x 1个信号，以数量m的列线为基础对所述n x 1个信号进行平均，并且输出n x m个分组信号，或者在常规模式中从所述读出线的每一个依次采样并且输出信号，其中所述读出电路包括：第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路和第二采样电路并联耦接并且被配置为在分组模式中轮流采样从所述列线的每一个输出的n x 1个信号，并且轮流输出所述n x m个分组信号；以及连接开关，被配置为根据平均控制信号接通/断开数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路的相应的连接，其中所述第一采样电路和所述第二采样电路的每一个包括：第一开关，被配置为根据采样控制信号接通/断开所述n x 1个信号的输入；金属氧化物半导体(MOS)电容器，被配置为当所述连接开关在接通状态中时贮存所述n x 1个信号并且贮存所述n x m个信号；以及第二开关，被配置为接通/断开n x m个信号的输出，其中当所述第一和第二采样电路的一个进行所述采样操作时，另一个进行2x 2个分组信号的输出操作，并且其中n和m是大于或等于2的自然数。

根据本发明的又一方面，提供一种驱动图像传感器的方法，所述图像传感器包括：以矩阵的形式沿着多条行线和列线布置的多个像素；从所述行线延伸的多条扫描线；以及从所述列线延伸的多条读出线，所述方法包括：在分组模式中以数量n的线为基础选择所述扫描线或者在常规模式中以一条线为基础选择所述扫描线；以及在分组模式中用所述读出电路的第一采样电路和第二采样电路轮流采样从所述列线的每一个通过所述读出线输出的n x 1个信号或者在常规模式中采样来自所述列线的每一个的信号，在分组模式中通过以数量m的列线为基础对所述n x 1个信号进行平均来输出n x m个分组信号或者在常规模式中从所述列线的每一个输出信号，其中所述n x m个分组信号通过连接数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路而形成，当所述第一和第二采样电路的一个采样所述n x 1个信号时，所述第一和第二采样电路的另一个输出2 x 2个分组信号，并且其中n和m是大于或等于2的自然数。

附图说明

当结合附图时，将根据以下的具体的描述更加清楚地理解本发明的以上和其它目标、特征和其它优点，其中：

图1是示意性地示出根据本发明的实施例的成像系统的透视图；

图2是示出根据本发明的实施例的图像传感器的示意性框图；

图3是示意性地示出根据本发明的实施例的图像传感器的读出电路部分的电路图；以及

图4是示出在根据本发明的实施例的图像传感器的分组模式处的相关信号的波形的视图。

具体实施方式

下文中，参考附图，将详细描述本发明的实施例。

图1是示意性示出根据本发明的实施例的包括图像传感器的成像系统的透视图，图2是根据本发明的实施例的图像传感器的示意性框图，以及图3是根据本发明的实施例的图像传感器的读出部分的示意电路图。

由于成像系统100采用根据本发明的实施例的图像传感器200，可以使用各种类型或应用的成像系统。例如，诸如乳房X光摄影系统、计算机断层扫描(CT)系统等的X光成像系统可以被用作医疗成像系统。为了说明的方便，牙科X光成像系统给出X光成像系统的示例。

参考图1，根据本发明的实施例的成像系统100包括基底110、支撑柱120、升降构件130、颏部支撑构件140、旋转臂支撑构件150、旋转臂160、旋转臂驱动装置170、X光产生器180和图像传感器200。

基底110被放置在上述组件位于的地面以支撑支撑柱120。支撑柱120连接到基底110并且从基底110垂直地延伸以具有既定的状态。

升降构件130安装在支撑柱120上，从而通过诸如电动机的驱动装置具有沿着支撑柱120的上下的垂直移动。通过该操作，能够根据被检验的患者的高度调节颏部支撑构件140的高度。

颏部支撑构件140被提供在升降构件130上以支撑患者的颏部。通过该颏部支撑构件140，患者的头部，即对象，能够位于X光产生器180和图像传感器200之间。旋转臂支撑构件150连接到升降构件130的上部并且沿着与地面平行的方向延伸。

旋转臂160连接到旋转臂支撑构件150的下部。以此方式连接的旋转臂160通过旋转臂驱动装置170能够沿着平行于地面的方向进行水平移动或者相对于垂直于地面的旋转轴旋转运动。旋转臂160可以包括连接到旋转臂支撑构件150的水平部分以及从水平部分的两端向下弯曲的垂直部分。

X光产生器180和图像传感器200可以分别安装并且布置在旋转臂160的两侧处的垂直部分中以便于面向彼此。X光产生器180可以被配置为产生并且将X光辐射到对象，并且穿过对象的X光入射到图像传感器200上。

图像传感器200被配置为检测穿过对象的X光并且将X光转换为对应的电信号。图像传感器200在平面图中可以具有矩形的形状，但是图像传感器200的形状不限于此。

作为根据实施例的图像传感器200，可以采用直接型图像传感器或间接型图像传感器，所述直接型图像传感器将X光直接转换为电信号，所述间接型图像传感器在将X光转换为可见光之后，再将可见光转换为电信号。

在采用间接型图像传感器的情况中，图像传感器被配置为包括闪烁器的层(闪烁层)，所述闪烁层将X光转换为可见光。在这样的情况中，闪烁层可以由CsI(碘化铯)形成，但是所述闪烁层不限于此。

图像传感器200可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器，但是图像传感器的类型不限于此。

参考图2，图像传感器200可以包括阵列210和驱动电路，阵列210中的中像素，即用于将入射光转换为电信号的元件，以矩阵的形式沿着行线和列线布置。

像素P可以包括光电二极管，从而将入射光转换为电信号。

驱动电路可以包括扫描驱动器220和读取电路230。

扫描驱动器220可以通过扫描线SL依次选择行线。如果行线被选择，位于所选择的行线上的像素P的电信号通过沿着对应的列线延伸的读出线LL被读出。

扫描驱动器220可以根据驱动模式控制所选择的行线的数量。例如，在常规模式中，所述行线可以依次被逐一选择，其中一条行线一组。在分组模式中，所述行线可以依次被至少两条两条地选择，其中至少两条行线一组。在根据本发明的实施例的分组模式中，为了解释的方便，以两条行线一组选择行线的情况作为示例来解释。

参考图3，读出电路230可以包括在每条读出线LL的端部处彼此平行连接的第一采样电路和第二采样电路SC1、SC2。

第一和第二采样电路SC1、SC2可以形成为具有相同的电路配置。例如，第一和第二采样电路SC1、SC2的每一个可以包括第一开关和第二开关SW1、SW2和在第一和第二开关SW1、SW2之间的电容器。

第一开关SW1可以连接到对应的读出线LL，并且接通/断开的操作由对应的采样控制信号SMP1、SMP2控制。当第一开关SW1接通时，穿过读出线LL的电信号能够在采样电路中被采样。

电容器C可以包括连接到第一开关SW1的第一电极并且可以贮存由第一开关SW1的接通操作递送的电信号。可以使用例如金属氧化物(MOS晶体管)电容器作为电容器C，但是电容器的类型不限于此。

第二开关SW2连接到电容器C的第二电极，并且根据对应的输出控制信号COLE、COLO控制接通/断开操作。当第二开关SW2接通时，贮存在电容器C中的电信号能够被输出。

连接开关SW3可以提供在邻近的第一采样电路SC1之间以控制第一采样电路的电连接。例如，连接开关SW3可以被配置为控制多个第一采样电路SC1的电容器C之间的连接的接通/断开。类似地，连接开关SW3还可以提供在邻近的第二采样电路SC2之间以控制邻近的第二采样电路的电连接。根据本发明的实施例，为了解释的方便，连接开关SW3被配置为控制例如在一组中的两个采样电路之间的电连接的接通/断开。

根据对应的控制平均信号SMPE_EQ、SMPO_EQ控制连接开关SW3的接通/断开操作。当连接开关SW3接通时，连接到开关3的采样电路彼此电连接并且由采样电路采样的电信号被平均。

具有如上所述配置的读出电路230轮流驱动第一和第二采样电路SC1、SC2以进行信号采样和输出。具体地，在分组模式中，电信号通过电连接彼此邻近的采样电路而被平均，并且这将参考图4更加详细地描述。

图4示出了在根据本发明的实施例的图像传感器的分组模式中的相关信号的波形。

扫描驱动器220可以选择例如第一和第二行线。电信号，即位于第一和第二行线处的像素的2 x 1个信号被输出到相应的读出线LL。即，位于每条列线的第一和第二行线处的像素的电信号被一起输出到读出线LL并且被平均使得进行2 x 1的分组。以此方式产生的2x 1个分组信号通过读出线LL被发送到读出电路230。

接着，第一采样电路SC1对于第一采样周期SP1采样通过读出线LL传送的2 x 1个分组信号。

对于此，对于第一采样周期SP1产生具有高电平作为接通电平的第一采样控制信号SMP1并且所述第一采样控制信号SMP1被同时施加到所有的第一采样电路SC1。相应地，第一采样电路SC1的第一开关SW1被接通，并且2 x 1个分组信号被发送并且贮存在第一采样电路SC1的对应的电容器C中。

其后，如果第一开关SW1从接通状态改变到断开状态，则产生具有高电平作为接通电平的第一平均控制信号SMPE_EQ并且所述第一平均控制信号SMPE_EQ被施加到连接到第一采样电路SC1的连接开关S3。相应地，连接开关S3被接通，并且两个邻近的第一采样电路SC1的电容器C彼此电连接。因此，贮存在第一采样电路SC1中的2 x 1个分组信号被平均并且进行2 x 2的分组。如此产生的2 x 2个分组信号被贮存在每个电容器C中。

接着，对于在第一采样周期SP1之后的第一输出OP1，第一输出控制信号COLE由在一组中的两条列线依次施加。因此，第二开关SW2依次接通在所述组中的两条列线，贮存在第一采样电路SC1中的2 x 2个分组信号被依次输出。

例如，第一和第二列线的2 x 2个分组信号->第三和第四列线的2 x 2个分组信号->...->第n-1和第n列线的2 x 2个分组信号被以此次序输出。

在如上所述的对于第一采样周期SP1对第一和第二行线进行采样过程之后，对于第二采样周期SP2对第三和第四行线进行另一采样过程。

对第二采样周期SP2通过使用第二采样电路SC2进行的采样过程基本上与对第一采样周期SP1通过使用第一采样电路SC1进行的上述采样过程相同。

换句话说，在每条列线中，在对应的第二采样电路SC2处采样第三和第四行线的2x 1个分组信号，并且在信号平均之后贮存2 x 2个分组信号。

如上所述贮存在第二采样电路SC2中的2 x 2个分组信号，在第二采样周期SP2之后的第二输出周期OP2中，被逐组地依次输出到两条列线。

如上所述通过选择两条行线依次输出的2 x 1个分组信号用第一和第二采样电路SC1、SC2轮流采样。当第一和第二采样电路SC1、SC2的一个进行采样操作时，另一个进行2 x2个分组信号的输出操作。

在以常规模式驱动图像传感器200的情况中，通过依次选择行线来对于相应的列线输出每个像素的电信号。

在这样的情况中，第一和第二采样电路SC1、SC2的一个被激活以进行采样和输出，并且另一个采样电路可以通过禁用而不被使用。作为另一示例，类似于分组模式，第一和第二采样电路SC1、SC2可以替换使用以进行采样和输出。

并且，在常规模式中，因为读出电路230不需要信号平均，所以连接开关SW3可以被置于断开状态。

如上所述，根据本发明的实施例，在分组模式中，通过选择在一组中的数量n的行线来进行n x 1的分组，并且然后由在一组中的数量m的列线进行n x 1的分组平均以执行nx m的分组。此外，通过对在并行的配置中的每条列线使用多个采样电路，能够轮流进行信号采样、平均和输出。

相应地，在分组模式中可以提高信号读取速度，从而改善信噪比并且可以提高帧速率。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：

沿着多条行线和列线以矩阵形式布置的多个像素；

扫描驱动器，被配置为在分组模式中依次选择所述行线，其中，扫描驱动器被配置为在每个选择序列处同时选择n条行线，并且其中所述n条行线的信号被一起输出并平均；以及

读出电路，被配置为在m条列线的每一个处对所述n条行线的平均后的信号同时进行采样，以对该m条列线的采样后的信号进行平均，并且输出该m条列线的平均后的信号作为分组信号，

其中n和m是大于或等于2的自然数，

并且其中所述读出电路包括在所述列线的每一个的端部处并联连接的第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路和所述第二采样电路被配置为轮流采样从m条列线的每一个输出的n条行线的信号，并且轮流输出所述分组信号。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述读出电路还包括：

连接开关，被配置为接通/断开数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路的相应的连接。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其中所述第一采样电路和所述第二采样电路的每一个包括：

第一开关，被配置为接通/断开所述n条行线的平均后的信号的输入；

电容器，被配置为当所述连接开关在接通状态中时，贮存所述n条行线的平均后的信号并且贮存所述分组信号；以及

第二开关，被配置为接通/断开所述分组信号的输出。

4.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述读出电路被配置为以数量m的列线为基础依次输出所述分组信号。

5.一种驱动图像传感器的方法，所述图像传感器包括以矩阵的形式沿着多条行线和列线布置的多个像素，所述方法包括：

在分组模式中通过在每个选择序列处同时选择n条行线来依次选择所述行线，其中所述n条行线的信号被一起输出并平均；以及

用读出电路在m条列线的每一个处对所述n条行线的平均后的信号同时进行采样，并且通过对该m条列线的采样后的信号进行平均来输出分组信号，

其中n和m是大于或等于2的自然数，

并且其中通过由所述读出电路配置的第一采样电路和第二采样电路轮流采样从m条列线的每一个输出的n条行线的信号，并且轮流输出所述分组信号，所述第一采样电路和所述第二采样电路并联连接在所述列线的每一个的端部处。

6.如权利要求5所述的方法，

其中所述分组信号通过连接数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路而形成。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一采样电路和所述第二采样电路的每一个包括：

第一开关，被配置为接通/断开所述n条行线的平均后的信号的输入；

电容器，被配置为当所述连接开关在接通状态中时贮存所述n条行线的平均后的个信号并且贮存所述分组信号；以及

第二开关，被配置为接通/断开所述分组信号的输出。

8.如权利要求5所述的方法，其中所述读出电路被配置为以数量m的列线为基础依次输出所述分组信号。

9.一种图像传感器，包括：

以矩阵的形式沿着多条行线和列线布置的多个像素；

从所述行线延伸的多条扫描线；

从所述列线延伸的多条读出线；

扫描驱动器，连接到所述扫描线并且被配置为在分组模式中依次选择所述行线，其中，扫描驱动器被配置为在每个选择序列处同时选择n条行线，并且其中所述n条行线的信号被一起输出并平均或者被配置为在常规模式中在每个选择序列处选择一条行线；以及

读出电路，连接到所述读出线，并且被配置为在分组模式中在m条列线的每一个处对所述n条行线的平均后的信号同时进行采样，以对该m条列线的采样后的信号进行平均，并且输出该m条列线的平均后的信号作为分组信号，或者在常规模式中从所述读出线的每一个依次采样并且输出信号，

其中所述读出电路包括：

第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路和所述第二采样电路并联耦接在所述列线的每一个的端部处，并且被配置为在分组模式中轮流采样从所述m条列线的每一个输出的所述n条行线的平均后的信号，并且轮流输出所述分组信号；以及

连接开关，被配置为根据平均控制信号接通/断开数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路的相应的连接，

其中所述第一采样电路和所述第二采样电路的每一个包括：第一开关，被配置为根据采样控制信号接通/断开所述所述n条行线的平均后的信号的输入；金属氧化物半导体(MOS)电容器，被配置为当所述连接开关在接通状态中时贮存所述n条行线的平均后的信号并且贮存所述分组信号；以及第二开关，被配置为接通/断开分组信号的输出，

其中当所述第一和第二采样电路的一个进行所述采样操作时，另一个进行分组信号的输出操作，并且

其中n和m是大于或等于2的自然数。

10.一种驱动图像传感器的方法，所述图像传感器包括以矩阵的形式沿着多条行线和列线布置的多个像素，从所述行线延伸的多条扫描线，以及从所述列线延伸的多条读出线，包括：

在分组模式中通过在每个选择序列处同时选择n条行线来依次选择所述行线，其中所述n条行线的信号被一起输出并平均，或者在常规模式中在每个选择序列处选择一条行线；以及

在分组模式中用所述读出电路的第一采样电路和第二采样电路轮流在m条列线的每一个处对所述n条行线的平均后的信号同时进行采样，或者在常规模式中采样来自所述列线的每一个的信号，其中所述第一采样电路和所述第二采样电路并联连接在所述列线的每一个的端部处，

用所述第一采样电路和第二采样电路在分组模式中通过对该m条列线的采样后的信号进行平均来输出分组信号，或者在常规模式中从所述列线的每一个输出信号，

其中所述分组信号通过连接数量m的所述第一采样电路和所述第二采样电路而形成，

当所述第一和第二采样电路的一个采样所述信号时，所述第一和第二采样电路的另一个输出所述分组信号，并且

其中n和m是大于或等于2的自然数。