專利名稱：Cmos高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS高幀頻瞬態(tài)攝像機(jī)，尤其是涉及一種CMOS高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器。
背景技術(shù)：
應(yīng)空間監(jiān)測(cè)的需要，原來采用常規(guī)高幀頻CCD或CMOS成像器件。由于太陽光背景和大氣反射的影響，目標(biāo)與背景對(duì)比度很低，常常造成目標(biāo)成像圖像模糊，這是常規(guī)CCD或CMOS成像傳感器固有的缺點(diǎn)。因?yàn)槌Ｒ?guī)CCD或CMOS成像器件是以電荷積分形式得到輸出信號(hào)的，像元上的輸出信號(hào)強(qiáng)度與積分時(shí)間內(nèi)接收到的光能量成正比。
CMOS圖像傳感器于二十世紀(jì)70年代發(fā)明以來，由于當(dāng)時(shí)CMOS工藝制程的技術(shù)不高，以致于傳感器在應(yīng)用中的雜訊較大，直到90年代初才發(fā)展起來。CMOS圖像傳感器發(fā)展至今已有三大類產(chǎn)品，即CMOS無源像素傳感器(CMOS Passive Pixel Sensor簡(jiǎn)稱CMOS-PPS)、CMOS有源像素傳感器(CMOSActive Pixel Sensor簡(jiǎn)稱CMOS-APS)、和CMOS數(shù)字像素傳感器(CMOS DigitalPixel sensor簡(jiǎn)稱CMOS-DPS)，而CMOS-DPS是最近幾年才開發(fā)出來的。
目前國(guó)內(nèi)許多大學(xué)、研究院所都開展了CMOS圖像傳感器設(shè)計(jì)、研制和應(yīng)用開發(fā)工作。到目前為止，國(guó)內(nèi)外所開發(fā)的高幀頻攝像機(jī)均無瞬態(tài)保峰成像功能。常規(guī)高幀頻攝像機(jī)采用短脈沖激光光源照明，由于大氣或中間飛行物的反射，所探測(cè)到的信號(hào)是所有信號(hào)的總和。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足瞬態(tài)成像的要求，本發(fā)明采用了具有背景消除的釋放電路、保峰電路和信號(hào)讀出電路。本發(fā)明是通過以下方案來具體實(shí)現(xiàn)的一種CMOS高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器，包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探測(cè)器單元1-n，在每一個(gè)探測(cè)器單元的讀出管col-i與探測(cè)器D的正極之間增加保護(hù)電阻R1、釋放管Q1、取樣電阻R2、選通管Q2、保峰電容C，并對(duì)探測(cè)器外的所有電路進(jìn)行光屏蔽。
保峰電容C的一端與讀出管col-i及選通管Q2的漏極連接，取樣電阻R2的一端與選通管Q2、釋放管Q1的原極以及保護(hù)電阻R1連接，保峰電容C、取樣電阻R2的另一端及釋放管Q1的漏極接地，保護(hù)電阻R1的另一端與探測(cè)器D的正極連接，選通管Q2的柵極接信號(hào)Vg，釋放管Q1的柵極接信號(hào)Vg-N，讀出管col-i、選通管Q2及釋放管Q1的原極和漏極可以互換。
本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)了高幀頻瞬態(tài)成像，能達(dá)到50ns到14us選通成像。


圖1為常規(guī)CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為探測(cè)器單元電路圖；圖4為選通成像時(shí)序關(guān)系圖；圖5為預(yù)備或保峰狀態(tài)示意圖；圖6信號(hào)采集積分過程示意圖；圖7讀出過程示意圖；圖8復(fù)位過程示意圖。
具體實(shí)施例方式
常規(guī)CMOS圖像傳感器如圖1所示，包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探測(cè)器單元1-n，探測(cè)器單元1-n均由讀出管col-i和探測(cè)器D組成。圖2為高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器，在常規(guī)CMOS圖像傳感器的每一個(gè)探測(cè)器單元的讀出管col-i與探測(cè)器D的正極之間增加保護(hù)電阻R1、釋放管Q1、取樣電阻R2、選通管Q2、保峰電容C，并對(duì)探測(cè)器外的所有電路進(jìn)行光屏蔽。探測(cè)器D單元電路如圖3所示，保峰電容C的一端與讀出管col-i及選通管Q2的漏極連接，取樣電阻R2的一端與選通管Q2、釋放管Q1的原極以及保護(hù)電阻R1連接，保峰電容C、取樣電阻R2的另一端及釋放管Q1的漏極接地，保護(hù)電阻R1的另一端與探測(cè)器D的正極連接，選通管Q2的柵極接信號(hào)Vg，釋放管Q1的柵極接信號(hào)Vg-N，讀出管col-i、選通管Q2及釋放管Q1的原極和漏極可以互換。
本發(fā)明的選通成像時(shí)序關(guān)系如圖4所示，該傳感器可實(shí)時(shí)輸入每幀tg和τg值，選通任一時(shí)刻t＝2S/C寬度為τg的信號(hào)進(jìn)行成像。其余時(shí)刻t1和t2等的信號(hào)則不被攝像機(jī)轉(zhuǎn)換，而被釋放管Q1釋放掉，也就不會(huì)對(duì)圖像產(chǎn)生干擾。
該傳感器的每一個(gè)像元的工作過程大致可按預(yù)備、信號(hào)采集積分、保峰、讀出、復(fù)位的順序循環(huán)進(jìn)行。
1、預(yù)備或保峰狀態(tài)預(yù)備或保峰狀態(tài)如圖5所示，當(dāng)Vg為低電平，Vg-N為高電平時(shí)，選通管截止，釋放管導(dǎo)通。行選擇開關(guān)H截止，列選擇開關(guān)V截止，復(fù)位開關(guān)R截止。背景光電信號(hào)被短路釋放掉，保峰電容C上的電荷保持不變。
2、信號(hào)采集積分過程信號(hào)采集積分過程如圖6所示，當(dāng)Vg為高電平，Vg-N為低電平時(shí)，選通管導(dǎo)通，釋放管截止。行選擇開關(guān)H截止，列選擇開關(guān)V截止，復(fù)位開關(guān)R截止。信號(hào)電荷積累在電容C上。
3、讀出過程信號(hào)讀出過程如圖7所示，當(dāng)Vg為低電平，Vg-N為高電平時(shí)，選通管截止，釋放管導(dǎo)通。行選擇開關(guān)H導(dǎo)通，列選擇開關(guān)V導(dǎo)通，復(fù)位開關(guān)R截止。信號(hào)從放大器讀出。
4、復(fù)位過程復(fù)位過程如圖8所示，當(dāng)Vg為低電平，Vg-N為高電平時(shí)，選通管截止，釋放管導(dǎo)通。行選擇開關(guān)H導(dǎo)通，列選擇開關(guān)V導(dǎo)通，復(fù)位開關(guān)R導(dǎo)通。電容C上的電荷復(fù)位到參考電平Vf。
以64×64高幀頻瞬態(tài)成像傳感器進(jìn)行試驗(yàn)，用計(jì)算機(jī)通過數(shù)字輸出接口采集到了燈光照明下手所成的像和40ns脈寬激光50ns選通時(shí)所成的像。
權(quán)利要求
1.一種CMOS高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器，包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探測(cè)器單元1-n，其特征在于在每一個(gè)探測(cè)器單元的讀出管col-i與探測(cè)器D的正極之間增加保護(hù)電阻R1、釋放管Q1、取樣電阻R2、選通管Q2、保峰電容C，并對(duì)探測(cè)器外的所有電路進(jìn)行光屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CMOS高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器，其特征在于所述的保峰電容C的一端與讀出管col-i及選通管Q2的漏極連接，取樣電阻R2的一端與選通管Q2、釋放管Q1的原極以及保護(hù)電阻R1連接，保峰電容C、取樣電阻R2的另一端及釋放管Q1的漏極接地，保護(hù)電阻R1的另一端與探測(cè)器D的正極連接，選通管Q2的柵極接信號(hào)Vg，釋放管Q1的柵極接信號(hào)Vg-N，讀出管col-i、選通管Q2及釋放管Q1的原極和漏極可以互換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CMOS高幀頻瞬態(tài)圖像傳感器。包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探測(cè)器單元1－n，在每一個(gè)探測(cè)器單元的讀出管col－i與探測(cè)器D的正極之間增加保護(hù)電阻R1、釋放管Q1、取樣電阻R2、選通管Q2、保峰電容C，并對(duì)探測(cè)器外的所有電路進(jìn)行光屏蔽。本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)了高幀頻瞬態(tài)成像，能達(dá)到50ns到14us選通成像。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1645920SQ20051002016
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月10日
發(fā)明者袁昌明, 郭立忠 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所