[发明专利]超高帧率CMOS图像传感器

权利要求书

1.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括多个独立且并行工作的图像传感器单元，每个所述图像传感器单元包括一个像素单元和一个数据处理及输出单元，各所述图像传感器单元的像素单元组成一个像素阵列且各所述数据处理及输出单元设置于所述像素阵列的外围；其中，

每一所述像素单元包括多个子像素阵列；

每一所述数据处理及输出单元包括：

第一控制模块，用于选中所述多个子像素阵列的像素、控制所述多个子像素阵列中同一列的像素的信号并行输出且控制同一行的像素的信号为依次输出；

多个双采样模块，对应所述至多个子像素阵列的各行配置，用于分别读取所述多个子像素阵列各行的像素的信号并输出；

多个模数转换器模块，每一所述模数转换器模块与一个所述子像素阵列所对应的各所述双采样模块相连，用于对各所述双采样模块输出的信号进行模数转换；

第二控制模块，用于控制各所述双采样模块并行读取所述子像素阵列中同一列的像素的信号且控制每一所述双采样模块依次读取其对应行的各像素的信号；并控制对应于同一所述子像素阵列的各所述双采样模块将其读取的同一列的各像素的信号依次输出至与其相连的所述模数转换器模块；

多个行缓存模块，对应所述多个子像素阵列的各行配置且与所述多个模数转换器模块相连，每一所述行缓存模块用于对经所述模数转换器转换后的其对应行的像素的信号进行缓存；以及

移位寄存器模块，用于将所述多个行缓存模块缓存的信号串行输出。

2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，每一所述像素包括感光二极管、传输管、悬浮节点、复位管、源跟随器和行选通管，所述传输管与所述感光二极管相连；所述传输管的漏极、所述源跟随器的栅极、所述复位管的源极连接于所述悬浮节点；所述行选通管的漏极与所述源跟随器的源极相连、源极与该像素对应的所述双采样模块的输入端相连；

对于每一个所述像素，所述第一控制模块控制所述悬浮节点进行电荷清空和复位以输出第一信号，控制所述传输管在所述悬浮节点进行电荷清空和复位后开启以输出第二信号，由所述第一信号和第二信号组成的两路信号用于表征该像素的信号。

3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述双采样模块包括第一通路和第二通路，所述第一通路包括串联的第一读取开关和第一输出开关且两者之间连接第一接地电容，所述第二通路包括串联的第二读取开关和第二输出开关且两者之间连接第二接地电容。

4.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器，其特征在于，对于每一所述双采样模块，所述第二控制模块控制该双采样模块的第一读取开关、第一输出开关、第二读取开关和第二输出开关的开闭以将其读取的像素的第一信号存储于所述第一接地电容，将该像素的第二信号存储于所述第二接地电容，并将所述第一信号和第二信号同时输出至该双采样模块所连接的所述模数转换器模块。

5.根据权利要求4所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述模数转换器将其每次所接收的该第一信号和第二信号相减并对其进行模数转换。

6.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第二控制模块控制所述多个双采样模块同时进行所述子像素阵列中同一列的各所述第一信号的读取，并在完成后再同时进行该列的各所述第二信号的读取；所述第二控制模块控制对应于同一所述子像素阵列的多个双采样模块将其读取的该子像素阵列中同一列的各所述两路信号为依次输出至相连的所述模数转换器模块。

7.根据权利要求1至6任一项所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第二控制模块控制对应于不同的所述子像素阵列中同一行的各所述双采样模块同时将其读取的信号输出至相连的所述模数转换器模块。

8.根据权利要求1至6任一项所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述移位寄存器模块将所述多个行缓存模块缓存的信号串行输出的时间小于等于所述双采样模块读取并输出一个所述像素的信号的时间。

9.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述多个子像素阵列分布为多行一列。

10.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述图像传感器单元为2个或4个，各所述数据处理及输出单元相对设置于所述像素阵列的两侧。