CN1249605A - 由光集成过程生成数字信号的图象传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种通用性的方法,用于直接读出图像传感器中来自光检测器的电荷信号,从而使可能有的信号失真减至最小,所公开的图像传感器为每个光检测器运用一个时间测量电路。测量每个光检测器获得一基准信号所占用的时间,并将其转换成数字表示,尔后,再作为数字信号被读出。

Description

由光集成过程生成数字信号的图像传感器

本发明涉及图像传感系统，特别地涉及一种图像传感器，在不使用A/D(模拟/数字)转换器的情况下，该图像传感器把光亮度信号直接地转换成数字信号。

在许多实际应用中，需要图像系统把目标物转换成电子形式，该电子形式从而能被分析，打印，分布和存档。这种电子形式通常就是目标物的图像。扫描机即为这种图像系统的典型例子，目标物即是来自于书本或是物体的一张纸。这张纸的电子的或是数字的图像是通过扫描机产生出来的。

图像系统一般都包括一个传感模块，它通过光学方式把一个目标物转换为图像。把目标物通过光学方式转换成图像的传感模块中的关键部件，就是图像传感器，它包括一排光检测器，对照在图像传感器上的光线很敏感。每一个光检测器对目标物反射过来的光都会产生一个反映其光亮度的电子(电荷)信号。所有来自光检测器的电子信号都可读出，然后通过一个模拟/数字(A/D)转换器，产生出数字信号或目标物的图像。

现有技术说明：图像传感器中的电子信号是串行地读出，此过程中电子信号可能通过许多电路，这些电路反过来又会影响电子信号的质量。比如在CCD(电荷耦合器件)传感器中，电子信号就是串行地移出，从一个电荷贮存器到另一个电荷贮存器。在通过十个，百个，以至数千个电荷贮存器的过程中，电子信号就可能从不良电荷贮存器中搀入杂音，或者在整个过程中，由于其它部件的寄生电容、电感和电阻所产生的干扰作用使信号减弱，甚至失真。这些负作用也同样存在于CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器中。所以，迫切需要找到一些方法，把电子信号直接解读出来。

由博伊德·福勒(Boyd Fowler)和阿巴斯·爱·盖穆(Abbas E1 Gamal)发明的美国第5,461,425号专利，公开了一种具有像素级模拟/数字转换的CMOS图像传感器，即，光检测器所产生的电子(模拟)信号，由连接在每个光检测器输出处并且形成于传感器中每一个光检测器的最近部位的一个模拟/数字转换器转换成一串位流。这样，每个光检测器(像素元)都有一个分离的数字流从传感器中输出来，因而干扰和失真都减小到最低程度。

给每个光检测器都装上一个独立的A/D转换器可能并不是一个经济的办法。如果一台高清晰度图像传感器，比如，9英寸宽每英寸有300点(dpi)的线阵，或者1000×1000的面阵，那就需要2700个A/D转换器用于线阵，一百万个A/D转换器用于面阵。现有技术表明：要用如此大量的8位或12位的A/D转换器，在阵列中要占去大量的面积，也就是说，传感器的成本是昂贵的。因此，最理想的是，图像转感器，既要有同样的性能，又不需在图像传感器内给所有的光检测器装上独立的A/D转换器。

本发明的创立正是出于对上述问题及需要的考虑，并且它对扫描器、数字照相机和计算机观察系统中的图像传感器提供了特别的应用。

根据本发明的一个方面，图像传感器可以制作成一维阵或二维阵形式的互补金属氧化物半导体(CMOS)或是电荷耦合器件(CCD)装置。这种图像传感器包括多个光检测器，每个光检测器只对其自受光有敏感性，并在光集成时产生出电子漏电流或是电荷信号。每个光检测器都连接着一个时间测量模块，它能产生出数字表示的电荷信号。来自于光检测器的所有数字表示的电荷信号，然后，作为数字信号从一系列寄存器电路按顺序被解读出来，其中每个寄存器电路都连接着一个时间测量模块。

时间测量模块和寄存器电路都是数字电路，所以能一起制作在图像传感器中，而图像传感器的体积和成本并不会有显著的增加。使用本发明的图像传感器所产生的信号不仅是数字式的，而且是高保真的。

与现有技术系统相比，本发明的一个特点是，此种图像传感器不需用A/D转换器就可直接产生数字信号。本发明的一个优越性在于信号保真。在以前的技术中，电荷信号必须通过千百条电路，遭受各种干扰，致使电荷信号失真。采用本发明技术，电荷信号从光检测器出来后，立即转换成数字表示，最大限度地避免了失真。

根据一个实施例，本发明可作为用来在传感器中产生数字信号的系统来实现，这个系统包括：

一光检测器阵列，每个光检测器对自受光敏感，并在光检测器被一复位信号集体复位后，独立地产生电荷信号；

一计数器，接受一时标信号并按该时标信号计数；

多个时标测量模块，集体地接受一个基准信号和来自该计数器的计数，每个时标测量模块耦合一个光检测器，并按照该基准信号和来自该计数器的计数，输出一个来自于这一个光检测器的数字式电荷信号，以及，

多个寄存器电路，每个电路分别连接一个时标测量模块，并接受从它而来的数字表示，其中该来自于每个时标测量模块的数字表示按次序移出以形成该数字信号。

根据另一实施例，本发明作为在传感器内产生数字信号的一种方法，该方法包括：

聚集光检测器内的入射光子；聚集起来的入射光子产生电荷信号；

利用一比较电路，把该电荷信号与具有一电平的基准信号进行比较；

在电荷信号达到该基准信号的电平时，从该比较电路产生一个脉冲信号；

用一个锁存电路来测量电荷信号达到基准信号电平所经过的时间；当锁存电路接到该脉冲信号时，即可获得测量结果；

把该测量结果转储在寄存器电路内，供输出。

因此说，本发明的一个重要目的就是，提供一个共通性的方法，用它能直接读出来自图像传感器中光检测器的电荷信号，并使信号失真降低到最小程度。

以下所叙述的本发明的实施过程，以及伴有附图说明的具体实施例，可以使人们对上述目的，以及深层意义有更多的理解。

根据以下的说明、权利要求及附图，对本发明的特点，情况和优越性可以得到深入的理解。

图1是一用图像传感器构成的图像系统的原理图。

图2是本发明用图像传感器构成的图像系统图。

图3A是本发明图2中图像传感器的一个实施例图。

图3B是CMOS图像传感器的光电二极管的电路模型图。

图3C是一个图3A中用来修正生成数字信号的校正电路实施例图。

图3D是一个图3A中用来提高图像传感器的信号通过量速率的寄存器电路实施例图。

图3E是寄存器电路的内部连接图，对于图3A中的一个光检测器，它包括数据寄存器和移位寄存器。

图3F是一组定时图，表明在寄存电路中使用数据寄存器和移位寄存器来提高信号通过量速率。

图3G是图3A中寄存器电路的另一种实施例图，其中只采用移位寄存器。

图3H是对应图3G的一组定时图。

图4A是对两个示范CMOS光检测器的占用时间测量图。

图4B是一个根据图4A的占用时间测量，测量到的时标信号图。

图4C是表示用来获得数字表示的电荷信号的倒计时的概念图。

图4D是本发明的一个基准信号例图。

图4E是一个用于修正图4A的占用时间的测量的查找表图。

图5和图6是本发明的详细电路分布图。

现在参阅附图，其中，相同的标号始终表示同样的部件。图1显示本发明可应用的一图像系统100的系统图。根据不同的应用情况，图像系统100可以(但不局限于)包括：扫描机，数字照相机或者图像探测系统。通过该系统，目标物100以光学方式转换为图像120。

如图像系统100是扫描机，目标物110通常就是扫描的对象，它可以是一张纸。如图像系统100是数字照相机，目标物110可能是一个景致或一组实物或其它的东西。倘若图像系统100是装在机器观察系统中的探测系统，目标物110可能是一个在检验中的部件。即使如此，来自图像系统100的结果总是相同的，即目标物110的亮度(黑与白)数字图像120或彩色图像120。

典型地，图像120是一个像素(Pixel)阵列，如用8位形式表示，每个像素值在0至225之间，而用其它位(10位、12位、14位、16位……)表示时，则有不同的最大值。具体说8位格式，如果像素群(cluster)的值是255，对应该群目标物110上的一个点则是全白的。相反，一个像素群的值为0，那么对应该群目标物110上的一个点则是全黑的。可以理解，像素的0至255的值，显示了目标物110的光反射变化。如果图像系统100能够呈现不同色彩，图像120一般具有三种独立灰度的图像，每一种通常表示红、绿和蓝色亮度的图像。也就是说，在图像系统100产生彩色图像时，目标物110的每个点，都由一个三亮度值矢量来表示，例如，[23、45、129]。

且不论实际应用如何，普通的理解是，图像系统100至少包括一个图像传感器130和一个光学系统132。光学系统132收集来自目标物110的图像光，并把图像光聚焦在图像传感器130上，由此，目标物110的图像被刻印在图像传感器130上。这里，图像或入射光，通常指来自前光源照明下(不透明)目标物110的反射光，或指来自后光源照明下(透明)目标物110的透射光。常规做法，含有为数众多的光检测器的图像传感器130构造成互补型金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合器件(CCD)装置，并排列成一维阵，称线传感器，或排列成二维阵，称面阵。光检测器对光高度敏感，根据图像光的强弱，各自产生出成比例的电荷信号。电荷信号这时习惯指的是由入射光使光检测器产生的信号。再具体地说，电荷信号可以指CMOS(金属氧化物半导体)的放电信号，或是CCD(电荷耦合器件)中模拟成井的光检测器的充电信号(电子)。

图像传感器130的运作往往有两个过程，第一个是光集成过程，第二个是读出过程。在光集成过程中，每个光检测器积累图像光的入射光子，积累作为电荷信号表现出来。在光集成过程之后，光检测器被罩盖，不能再俘获光子。与此同时，光检测器即开始读出过程。在此过程中，每个光检测器的电荷信号，经由解读电路被单独地串行地读出，作为电子信号，到达数据总线或视频总线。

耦合在数据总线上的模拟/数字(A/D)转换器，把来自光检测器的电子信号转变成数字信号，并妥善地，有顺序地储存在存储器150内。通常，图像系统100还带有一个数字信号处理电路160，该电路，根据图像系统100，可以调节、纠正、预处理和压缩已数字化的信号，最后输出合适的数字图像或数字信号。

如上所述，每一个光检测器中的电荷信号，通过读出电路，被单独地、串行地读出，并作为电子或像素信号，传到数据总线或视频总线，经过总线，电子信号被数字化。具体地说，在电荷耦合器件(CCD)装置中，产生于光检测器的电荷信号，分别被储存在对应的电荷储存器(电容器)中，再串行地从一个电荷储存器移送到另一个电荷储存器，而在互补型金属氧化物半导物(CMOS)装置中，储存在每一个电容器中的电荷信号是同步读出的，通过读出转换器阵列，到达视频总线，而从总线的输出，却是串行的。如果一个线阵有几千个光检测器(电容器)，那就意味着，一些电荷信号不得不穿越这数千个电容器，最后才读出来。在这个过程中，一路上受到前面所讲的许多不良的影响，最终的电子信号因此会严重失真。

图2是对应用本发明的图像系统200的概观。除了光检测器204，在图像系统200中的图像传感器202还包括一个系统206，它能对所有光检测器做占用时间的测量。从这个测量系统中，可以获得数字表示的电子信号，并转储到寄存器电路208中。通过串行地或部分并行地从寄存器电路208中读出数字表示，就获得最终的数字信号或者图像。

本发明与现有技术的不同之一，就是无论在图像传感器202中还是在图像系统200中，都不使用传统的A/D转换器。图像传感器202的输出信号都是数字表示。图像传感器如果体积不变又不用使用数量可观的A/D转换器，这是很受欢迎的。本发明与现有技术的另一个不同点是，可以用部分并行输出来提高整个系统的性能。另外，利用测量光检测器上光集成的时间，把检测器产生的电荷信号转换成数字信号，这一概念与通过A/D转换器取样模拟信号的概念，有着根本的区别。

为了更清楚地说明本发明，图3A描述了图2中的图像传感器202的一个实施例，须结合图2来进行理解。图2的传感器阵列204含有N个光检测器302-1，302-2，302-3……302-n。光检测器302全部与复位连接器304相接。当一个适当的复位信号传到复位连接器304上，所有光检测器302都清零，并开始光集成过程，也就是积累来自图像光306的光子。在CMOS(互补型金属氧化物半导体)传感器中，光检测器即可看作光电二极管，可模型成电阻器352和电容器354，如图3B所示。当一个复位信号作用于“复位”356上，电容器354由电压Vcc通过三极管358而完全充电。此时，光检测器350准备光集成(由电压Vcc至电容器354的电荷停止)。随着图像光306的射入光子到达光检测器350的增多，电阻器352的电阻减小。电容354开始通过电阻器352放电。一般，光子密度越高，光检测器收集的光子就越多，因此，电阻器352电阻越小，结果，放电信号Vout产生就越快。也就是说，从Vout输出的信号，是与进入光检测器的光子数成正比的，另一方面，在此也可认为是电荷信号。

图3A中的光检测器302-1，302-2，302-3……302-n全部都可看做是图3B中所示的光电二极管。基准连接器308连接着所有光检测器的“复位”，受到复位信号作用，此信号使光检测器准备好进行光集成。光检测器的每一个输出通过各自门电路312-1，312-2，312-3……312-n与一个基准信号进行比较，在光检测器输出达到基准信号值时，此门电路产生信号。进一步说，比如，门电路接到两个信号，一个是100mv恒定电压的基准信号，而另一个是电荷信号。在电荷信号达到100mv时，门电路才输出信号。

假定基准信号是R电平，那么门电路312的每一个输出，只有在各自相应的光检测器积累了足够的射入光子，达到R电平时，才会分别输出信号。

众所周知，图像光306具有描述图像目标物的光信息，所以，光子密度是根据图像目标物分布的。通常，反射光越明亮，光子密度也越高。来自图像光306的入射光子的积累速度，即集成时间，很大程度上取决于光子的密度。除非图像目标物是均匀色的，不然，所有门电路312，会根据图像目标物反射光的亮度，在不同的时间，产生各自的响应信号。

锁存电路314-1，314-2，314-3……314-n，它们每一个都输出一个时标值，也就是，光检测器中数字式电荷信号。具体地讲，就是把时标信号320接到时标信号连接器310上，一旦所有光检测器的光集成开始，计数器311可根据连接器310计数时标信号320中的时标。在对应的门电路输出信号时，各锁存电路314独自锁存计数或时间测量结果。也就是说，一个锁存电路，在它对应的光检测器里积累足够光子，达到了基准电平时，就锁存住计数。熟悉技术的人都懂得电路312的具体实施。一种方法，就是用一些锁存器，每只锁存器按数字表示的精度输出一位信号。比如：对于一个8位精度，每一个锁存电路只需要八个锁存器，每个对应一个二进制数的位。不过要注意，计数器311继续在为时标信号里的时标计数，只是到光集成结束时才复位。

为了更进一步地理解本发明，图4A显示了二例带互补型金属氧化物半导体的光检测器的占用时间测量。两个光检测器得到复位信号而复位，这使得两个光检测器充电到最高电压(Vmax)，这里的最高电压是加到图像传感器的典型电压。然后，这两个光检测器在402开始积累光子。虽然两个光检测器404、406都在积累光子，但光检测器404得到入射光子的密度比光检测器406的大，因而放电到基准电平408(虚线)的时间就要短。一对时间测量410和412各自独立地测量光子积累的占用时间418和420，或是光检测器404和406达到基准电平的释放时间。因为光子密度不同，光检测器404在414达到基准电平408，而光检测器406则在416达到基准电平408。

图4B显示了时标信号450，它能作用于图3A的时标连接器310上。通常时标信号450是一个脉冲序列，它的频率一般按数字信号的精度进行调节。例如，生成数字信号表示成一个8位的格式，一个光检测器积累光子达到基准信号的时间假设为0.1ms(毫秒)。那么，时标信号450的频率至少如下示： $\frac{0.1\mathrm{ms}}{255}=0.0003922\mathrm{ms},$ 这相当于2.55MHz。

如图4A所示，光检测器404花较短时间418达到基准电平，而光检测器406则花较长时间420达到基准电平。在占用时间期间，时标信号450的脉冲于时帧418和420内分别被计数，因此，分别得到两个值C_H和C_L。例如，C_H量出是5个脉冲，而C_L量出是14个脉冲。要把C_H或C_L值变换成光检测器的数字表示电荷信号，就需要一个精度函数，它由数字表示所需的精度所控制。

按照本发明的一个实施例，精度函数用的是倒计数法。图4C就显示了这种倒计数法概念。每个光检测器的每个数字表示的像素信号设置为全白，例如，8位精度的255或11111111。当光子在一个光检测器内积累，线性地倒计数像素信号值，直至光子积累使得光检测器达到基准电平R。图示表明，光子积累时，光检测器则放电，当达到基准电平422时，光检测器锁存电路，就输出一个值217或11011001。光检测器超过基准的占用时间是0.8ms。在上例中，C_H＝5及C_L＝14，相应锁存器的数字输出可以分别是十进制的250和241。

应该指出的是，图4C的基准电平422是线性增长的。根据一个实施例，线性增长的基准电平是为了适应下面的情况：在时间限制424之内，入射光太微弱，积累的光子无法使光检测器放电426达到恒定基准电平，以至在最终的数字输出中发生数据失落。由于线性增长的基准，过一段时间，使放电426达到基准422，结果产生出一个通常是低值像素的输出。本技术的人懂得，在特定的应用中，可使用其它方法来调节锁存器的输出。举例说，图4D所示，把基准信号逐段地调节为线性。这就是，把基准信号程序化，以校正最大的集成时间，或校正图像传感器的敏感度。普通校正方法中的一种，是灰度(gamma)校正，由于图像传感器和人类视觉系统不同敏感度的差异。采用基准信号去校正图像传感器，是与以前的技术根本不同的。以前的校正方法大多是用一个软件，或是另外特地设计电路来解决的。

图4E是说明精度函数的又一实例，即做出一张查找表。栏目430的各项包括所有可能适用于时标信号中的时标的计数器，输出栏440包括了相应的数字表示，它们可以根据具体需要进行调节。应该说明，无论栏目430还是栏目440，其中各项并非一定需要线性的。总之，图像传感器的敏感度，可以用各种方法实现的精度函数来进行相对地调节。

再进一步探讨校正电路，图3C显示了应用校正电路372的例子。它可以作为精度电路来应用。一个输入信号370，它可能是来自计数器311的计数，或是图3A的时标信号320，通过校正电路372。校正电路372可以用一个能根据要求更动输入信号370的精度函数。具体说，就是当输入信号370是时标信号320时，它一般具有等间距时标，经过校正电路372之后，时标信号320中的时标可能已经变动，如此，计数不是线性地变化，结果成为非线性时间测量。如果输入信号370是一个计数，通过已经执行了图4E的查找表的校正电路372，就产生了一个修正的计数。显然，那些懂得本技术的人就会实际来实施校正电路372。调节信号374，这是一个典型的数字信号，可选择地与输入信号370合在一起，能用来通过数字/模拟(D/A)转换器控制基准信号。

现在回到图3A，每一个锁存电路314产生出一个数字表示的电荷信号。这些数字表示通常是同时转储到为数众多的寄存器电路316上，进入读出过程。每一个寄存器电路316都连接着一个锁存电路314，接收各自的数字表示。然后，寄存器电路316中的数字表示就被读出，产生出反射光或图像目标物的数字图像。

注意到的是，寄存器电路316中的信号，现在已是数字式的，所以可能有很多方法读出寄存器电路316中的数字表示。一个普通的方法是串行地把数字表示移出寄存器电路316，产生出反射光的数字图像。另一个方法是，把寄存器电路316分成几个组，每个组内部，数字表示被串行地移出，而各个组的输出，则并行读出。这种串行和并行的混合读出能有效地改进整个系统的性能。

图3D显示本发明的一个实例所采用的寄存器电路。与图2数据寄存器210相对应的寄存器组360用来储存来自锁存电路314的数字表示。每一个寄存器组360根据最终数字信号的精度具有N个数据寄存器。例如，最后数字信号有8位精度，那么每个寄存器组360就有8个寄存器，并且每个寄存器与一个移位寄存器组362中的一个移位寄存器相对应。每一个数据寄存器的数据就转储到移位寄存器362上，它与图2的移位寄存器212相对应。移位寄存器362中的数字表示能连续地以并行方式读出，也就是说，一个完全的像素信号能一次读出。如果一个像素信号中有m位，那么，本技术人员应懂得，数字表示的读出速度能够增加m倍。

为了更好地理解这个实施例，图3E显示了假设(n+1)位精度的一个电荷(像素)信号的读出。共有n+1个数据寄存器370和n+1个移位寄存器372。每一个数据寄存器370都具有从各自锁存电路输出来的1位信号。例如，输出(计数)是16或0001000(8位精度)，每一位数储存在一个数据寄存器370内，然后转储到各自的移位寄存器中。移位寄存器中的位信号连续地并行输出，也就是，信号的8个位同时输出来。用移位寄存器的好处就是，能改进整个系统的性能。这是产生模拟信号的图像传感器所无法做到的。当数据寄存器的位信号转储到移位寄存器上，数据寄存器马上就可以接收一组新的值。新值来自各自的锁存电路，是由新的曝光引起的。总之，信号输出速率增加了。图3F显示了一组定时图，它表明在第一次曝光的输出还在读出时，下一个曝光已经开始了。

图3G表示了图2中寄存器电路208的另一种实现方式，其中只使用了移位寄存器378。每一个移位寄存器378接受来自各自锁存电路1位的输出，移位寄存器378的位信号串行移出，产生数字信号。这样的优点是使用的寄存器较少，但是，光检测器却一直要等待到移位寄存器378的信号完全移出。图3H表示了一组相应的定时图，显示现在的信号输出完全结束后，下一次曝光才可开始。

现在已经清楚，最终的数字图像或信号，是从每一个光检测器入射光子积累的时间测量中获得的，使用占用时间测量系统所需面积要比传感器的A/D转换器小了许多。此外，电荷信号不必路经许多的光检测器电路后再作数字化，本发明可能引起的最终数字图像失真减小到最低程度。

图5显示了本发明的一个实施例的电路分布图。作用在MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)502“复位”连接器上的一个复位脉冲，使所有的光电二极管504充电至电压Vcc。根据光(光子)亮度的大小，光电二极管曝光时，就开始放电过程。当相应的光电二极管放电到作用在“基准”连接器508上的基准信号电平，比较器，也就是门电路506输出信号。

一个正在被计数的时标信号作用到“记数”连接器510上。在这个实例中，时标信号被用作其中用到精度函数的线性校正块512的一个基准。本图还显示了计数器514，它是由“时钟”连接器516上系统时钟信号来驱动的。装载器(锁存器)518和移位寄存器520的详细电路在图6中可以看到。最终的数字信号是靠移位光电二极管504中的数字表示的电荷信号而获得的。

本发明已经作了充分的阐述，具有一定程度的特殊性。精于本技术的人懂得，本发明的实施例，只是通过具体例子来披露的，众多的电路变化和部件的组合，只要按照所公布的本发明的精神和范畴，是可以做到的。因此，本发明的范畴是由附后的权利要求所界定的，而非由前面阐述的实施例所界定的。

Claims (32)

1、一种用于在传感器中生成数字信号的系统，其特征是，该系统包括：

一光检测器阵列，每个光检测器对其自受光敏感，并在所有光检测器接受复位信号整体复位后，单独地产生电荷信号；

一接受时标信号并按时标信号产生计数的计数器；

多个时标测量模块，集体地接受一个基准信号和来自该计数器的计数，每个时标测量模块耦合一个光检测器，并按照该基准信号和该计数器上计数，从该光检测器输出一个数字表示的电荷信号；以及，

多个寄存器电路，每个电路分别连接一个时标测量模块，并接受来自该测量模块的数字表示，其中，该来自每个时标测量模块的数字表示，依次移出以形成该数字信号。

2、如权利要求1所述的系统，其特征是，该光检测器阵列构成一个一维图像传感器阵。

3、如权利要求1所述的系统，其特征是，该光检测器阵列构成一个两维面阵图像传感器。

4、如权利要求1所述的系统，其特征是，该基准信号的电平大小，按时间呈线性增加

5、如权利要求1所述的系统，其特征是，该基准信号的电平大小，按时间逐段调节。

6、如权利要求1所述的系统，其特征是，每一个时标测量模块包括：

一个接受基准信号和来自一个光检测器电荷信号的门电路，在该电荷信号达到基准值时该门电路输出信号；

一个接受计数器上计数的锁存电路，在接到从门电路测量电荷信号达到基准值占用时间的信号的时候锁存该计数，并输出数字表示电荷信号，其中，数字表示即是在电荷信号达到基准值时的计数。

7、如权利要求6所述的系统，其特征是，每一个寄存器电路都包括若干数据寄存器和移位寄存器，数据寄存器连接一个时标测量模块，并接受它的数字表示，移位寄存器分别与数据寄存器相耦合，并接受后者的数字表示。

8、如权利要求7所述的系统，其特征是，该移位寄存器中的数字表示是串行移出的。

9、如权利要求7所述的系统，其特征是，该数字表示是用信号的各位来表示的，信号的每个位在一个移位寄存器中，并且其中该信号的各位是并行移出移位寄存器的。

10、如权利要求1所述的系统，其特征是，它还包括一个精度电路，耦合着计数器，并根据来自计数器的计数产生一个修改过的计数。

11、如权利要求10所述的系统，其特征是，该精度函数包括：

一个耦合于计数器，并对其计数响应的查找表，该查找表依照来自计数器的计数产生该修正过的计数。

12、如权利要求1所述的系统，其特征是，计数器从数字表示里尽可能高的数，获得时标信号中的记数。

13、一种用于在传感器中产生M位数字信号的系统，其特征是，该系统包括：

N个光检测器的阵列，每个光检测器耦合一个晶体三极管，并在由复位信号复位时充电到一个电压水平，根据光检测器所受到的光，每一个光检测器，分别从这个电压水平放电而产生一个电荷信号，其放电速率与光亮度成正比；

N个门电路，全部接受一个基准信号，N个门电路中的每一个门电路分别从N个光检测器中的每一个光检测器接受电荷信号，并且在电荷信号达到基准信号值时产生一个脉冲信号；

一接受时标信号的计数器，并能根据时标信号里的时标产生一个计数；

N个锁存电路，全部接受该计数；N个锁存电路中的每一个还分别与每一个门电路连接，并且一收到来自N个门电路中每个门电路的脉冲信号时，分别锁存该计数；以及，

N个寄存器电路，每一个耦合于N个锁存电路中的一个，接受那里过来的计数，接着，该计数从该N个寄存器电路顺序地移出从而产生数字信号。

14、如权利要求13所述的系统，其特征是，该N个光检测器，该N个门电路，该计数器，该N个锁存器及该N个寄存器电路，结合一起构成一个互补型金属氧化物晶体管(CMOS)，即该传感器。

15、如权利要求14所述的系统，其特征是，该寄存器电路的每一个电路包括：

M个数据寄存器，储存该计数；以及，

M个移位寄存器，每一个都耦合于一个数据寄存器，接受来自该M个数据寄存器的计数；在此，该计数从N个寄存器电路中的一个电路中的M个移位寄存器，并行地移位到该N个寄存器电路中的另一个电路中的M个移位寄存器。

16、如权利要求14所述的系统，其特征是，每一个寄存器电路包括：

M个移位寄存器，每一个接受1位两进制计数，在每一个M个移位寄存器里的该1位的计数，被串位移出来形成该M位数字信号。

17、如权利要求14所述的系统，其特征是，该光检测器构成一个一维阵列。

18、如权利要求14所述的系统，其特征是，该光检测器构成一个两维阵列。

19、如权利要求14所述的系统，其特征是，该复位信号是脉冲信号，它使得该N个光检测器充电到该电压水平。

20、如权利要求13所述的系统，其特征是，该基准信号对时间是线性增加的。

21、如权利要求13所述的系统，其特征是，该基准信号对时间是逐段增加的。

22、如权利要求13所述的系统，其特征是，该系统还包括一个信号校正电路，在该N个锁存电路收到该计数之前，该校正电路使该计数按校正功能得到修正。

23、如权利要求22所述的系统，其特征是，该信号校正电路包括一个查找表，带有输入口和各自的输出口，来自这些输出口的相应的输出，代替了将被该N个锁存电路接收的计数。

24、如权利要求22所述的系统，其特征是，该校正功能是一个灰度功能，根据此功能，该计数由信号校正系统来进行校正。

25、一种用来在其内包括有光检测器的传感器中生成数字信号的方法，其特征是，该方法包括：

积累该光检测器的入射光子，在每一个光检测器内生成一电荷信号；

使用一比较电路，把该电荷信号与具有一电平的基准信号进行比较；

当电荷信号达到基准信号的电平时，由该比较电路产生一个脉冲信号；

通过一锁存电路接到来自计数器上的计数，测量该电荷信号达到基准信号电平所占用时间；以及，

把表示测得时间的信号的各位转储到一用于读出过程的寄存器电路上。

26、如权利要求25所述的方法，其特征是，所述的积累光检测器的入射光子，包括：

把光检测器充电到一个电压水平；以及，

从这个电压水平上使光检测器分别放电，产生出电荷信号，它分别与积累在各个光检测器上入射光子成比例。

27、如权利要求26所述的方法，其特征是，所述的通过锁存电路测量占用时间，包括：

由计数器计数时标信号里的时标，产生测量结果；以及，

当该电荷信号一达到基准信号的电平时，就锁存该测得的时间。

28、如权利要求27所述的方法，其特征是，所述的通过锁存电路测量占用时间，还包括：

根据一个校正功能电路，修正该测得结果。

29、如权利要求28所述的方法，其特征是，该校正功能是一个预先设定的功能，所以测量结果能根据该设定得到调节。

30、如权利要求28所述的方法，其特征是，该校正功能是一个灰度功能，所以测量结果能够按人类的目视来进行校正。

31、如权利要求25所述的方法，其特征是，所述的寄存器电路包括：

多个数据寄存器和同样数量的移位寄存器，每一个数据寄存器，耦合于一个移位寄存器；移位寄存器通过数据寄存器接受信号的各位。

32、如权利要求31所述的方法，其特征是，所述的把表示测得时间的信号各位转储到一个寄存电路上，进入读出过程，包括：

把信号各位并行地移出移位寄存器。

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