[实用新型]一种新型的光学图像传感器装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学图像传感器，尤其涉及一种在像素单元内部实现模数转换的光学图像传感器装置。

背景技术

随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，图像传感器的应用目前正在飞跃式地由数码摄像机向数码相机、手机与便携终端，以及车载终端、监视设备、医疗设备、工厂自动化设备及科学测量仪器等领域扩大。

如图1所示为传统图像传感器—3T(3晶体管)结构的APS(Active PixelSensor)结构图。

在3T结构的APS中，像素单元由一个复位晶体管M1、一个源极跟随器M2、一个行选通晶体管M3和一个光电器件I1组成。其中的M1、M2开关被拉至高电位VDD。

该结构的读取过程是按列进行的，每次读取一列。像素单元在RST信号控制下，首先进入“复位状态”，M1打开，对I1复位；然后进入“取样状态”，M1关闭，光照射到I1上产生光生载流子，并通过M2放大输出；最后进入“读出状态”，M3在Row Select控制下打开，信号通过列总线输出。

在3T结构的APS中，A/D(模/数)转换是在像素阵列外面进行的，也就是说，信号通过列总线输出后，经过一个A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号。因此，该装置在将模拟图像转换为数字图像的过程中，需要经过多次A/D转换，并且，各个像素单元的A/D转换并不是同时进行的。这就影响了其将模拟图像转换为数字图像的转换速度，同时，在转换的过程中，会有多种噪声干扰，影响了图像质量。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种光学图像传感器装置，包括：计数器、数模转换器、像素阵列；

计数器，用于产生顺序递增的二进制数据；

数模转换器，用于产生由低到高单调增加的阶梯电压模拟信号；

像素阵列，由多个像素单元组成。

其中，数模转换器所产生的阶梯电压模拟信号，是根据计数器中的数据而生成，并与之相对应；

其中，像素单元，包括一个光电器件、一个受控比较器和一组存储单元。

其中的光电器件，是一个光电二极管，用于接收光线，并产生一个对应的模拟信号。

其中的受控比较器，具有控制端口A，连接比较器控制信号(WIN)；具有第一输入端口B，连接光电器件；具有第二输入端口C，连接数模转换器；具有输出端口D，连接所述存储单元。

受控比较器在WIN控制下，将光电器件中的模拟信号与数模转换器提供的模拟信号进行比较，生成一个数字信号：

当WIN为高电平，且光电器件中的模拟信号大于数模转换器提供的模拟信号时，受控比较器输出为低电平信号；

当WIN为高电平，且光电器件中的模拟信号小于数模转换器提供的模拟信号时，受控比较器输出为高电平信号；

当WIN为低电平，受控比较器输出为低电平信号。

其中的存储单元，具有写入信号控制端口E，连接受控比较器；具有读出信号控制端口F，连接外部读出控制信号READ；具有双向数据传输端口G，连接计数器，读取所述计数器中的数据，并与外部连接，向外部输出存储单元中的存储数据。

存储单元根据受控比较器的输出信号存储数据：

当受控比较器的输出信号为高电平时，存储单元存储当前计数器数值；

当受控比较器的输出信号为低电平时，存储单元保持原有的存储内容。

本实用新型通过一个计数器、一个数模转换器以及像素阵列中各像素单元内部的受控比较器和存储单元进行模数转换，不再需要像素阵列外的模数转换器，而且所有像素单元中的模数转换都是同时进行的。

这就缩短了整个系统模拟图像转换为数字图像的时间，消除了传输器件输出引起的噪声，而且减小了由于转换时间不同引起的噪声。

另外，本实用新型中，在传感器单元内部使用受控比较器，该结构可以极大的避免因为噪声引起的误触发。

本实用新型的光学图象传感器，在执行信号处理功能的同时，输出数字信号，缩短了整个系统的图像转换时间，抑制了多种噪声干扰，提高了图像质量，因而更加实用，具有产业上的利用价值。

通过以下附图，结合对本实用新型优选实施方式的描述，本实用新型的其他特点、目的和效果将变得更加清楚和易于理解。

附图说明

图1为传统光学图像传感器结构图；

图2为本实用新型的光学图象传感器结构图；

图3为像素单元结构示意图；

图4为在像素单元内实现模数转换的方法示意图；

图5为计数器与阶梯波对应波形示意图；

图6为控制信号WIN波形示意图。