专利名称：Cmos高帧频瞬态图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CMOS高帧频瞬态摄像机，尤其是涉及一种CMOS高帧频瞬态图像传感器。
背景技术：
应空间监测的需要，原来采用常规高帧频CCD或CMOS成像器件。由于太阳光背景和大气反射的影响，目标与背景对比度很低，常常造成目标成像图像模糊，这是常规CCD或CMOS成像传感器固有的缺点。因为常规CCD或CMOS成像器件是以电荷积分形式得到输出信号的，像元上的输出信号强度与积分时间内接收到的光能量成正比。
CMOS图像传感器于二十世纪70年代发明以来，由于当时CMOS工艺制程的技术不高，以致于传感器在应用中的杂讯较大，直到90年代初才发展起来。CMOS图像传感器发展至今已有三大类产品，即CMOS无源像素传感器(CMOS Passive Pixel Sensor简称CMOS-PPS)、CMOS有源像素传感器(CMOSActive Pixel Sensor简称CMOS-APS)、和CMOS数字像素传感器(CMOS DigitalPixel sensor简称CMOS-DPS)，而CMOS-DPS是最近几年才开发出来的。
目前国内许多大学、研究院所都开展了CMOS图像传感器设计、研制和应用开发工作。到目前为止，国内外所开发的高帧频摄像机均无瞬态保峰成像功能。常规高帧频摄像机采用短脉冲激光光源照明，由于大气或中间飞行物的反射，所探测到的信号是所有信号的总和。
发明内容
为了满足瞬态成像的要求，本发明采用了具有背景消除的释放电路、保峰电路和信号读出电路。本发明是通过以下方案来具体实现的一种CMOS高帧频瞬态图像传感器，包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探测器单元1-n，在每一个探测器单元的读出管col-i与探测器D的正极之间增加保护电阻R1、释放管Q1、取样电阻R2、选通管Q2、保峰电容C，并对探测器外的所有电路进行光屏蔽。
保峰电容C的一端与读出管col-i及选通管Q2的漏极连接，取样电阻R2的一端与选通管Q2、释放管Q1的原极以及保护电阻R1连接，保峰电容C、取样电阻R2的另一端及释放管Q1的漏极接地，保护电阻R1的另一端与探测器D的正极连接，选通管Q2的栅极接信号Vg，释放管Q1的栅极接信号Vg-N，读出管col-i、选通管Q2及释放管Q1的原极和漏极可以互换。
本发明的有益效果是实现了高帧频瞬态成像，能达到50ns到14us选通成像。
图1为常规CMOS图像传感器结构原理图；图2为高帧频瞬态图像传感器结构原理图；图3为探测器单元电路图；图4为选通成像时序关系图；图5为预备或保峰状态示意图；图6信号采集积分过程示意图；图7读出过程示意图；图8复位过程示意图。
具体实施例方式
常规CMOS图像传感器如图1所示，包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探测器单元1-n，探测器单元1-n均由读出管col-i和探测器D组成。图2为高帧频瞬态图像传感器，在常规CMOS图像传感器的每一个探测器单元的读出管col-i与探测器D的正极之间增加保护电阻R1、释放管Q1、取样电阻R2、选通管Q2、保峰电容C，并对探测器外的所有电路进行光屏蔽。探测器D单元电路如图3所示，保峰电容C的一端与读出管col-i及选通管Q2的漏极连接，取样电阻R2的一端与选通管Q2、释放管Q1的原极以及保护电阻R1连接，保峰电容C、取样电阻R2的另一端及释放管Q1的漏极接地，保护电阻R1的另一端与探测器D的正极连接，选通管Q2的栅极接信号Vg，释放管Q1的栅极接信号Vg-N，读出管col-i、选通管Q2及释放管Q1的原极和漏极可以互换。
本发明的选通成像时序关系如图4所示，该传感器可实时输入每帧tg和τg值，选通任一时刻t＝2S/C宽度为τg的信号进行成像。其余时刻t1和t2等的信号则不被摄像机转换，而被释放管Q1释放掉，也就不会对图像产生干扰。
该传感器的每一个像元的工作过程大致可按预备、信号采集积分、保峰、读出、复位的顺序循环进行。
1、预备或保峰状态预备或保峰状态如图5所示，当Vg为低电平，Vg-N为高电平时，选通管截止，释放管导通。行选择开关H截止，列选择开关V截止，复位开关R截止。背景光电信号被短路释放掉，保峰电容C上的电荷保持不变。
2、信号采集积分过程信号采集积分过程如图6所示，当Vg为高电平，Vg-N为低电平时，选通管导通，释放管截止。行选择开关H截止，列选择开关V截止，复位开关R截止。信号电荷积累在电容C上。
3、读出过程信号读出过程如图7所示，当Vg为低电平，Vg-N为高电平时，选通管截止，释放管导通。行选择开关H导通，列选择开关V导通，复位开关R截止。信号从放大器读出。
4、复位过程复位过程如图8所示，当Vg为低电平，Vg-N为高电平时，选通管截止，释放管导通。行选择开关H导通，列选择开关V导通，复位开关R导通。电容C上的电荷复位到参考电平Vf。
以64×64高帧频瞬态成像传感器进行试验，用计算机通过数字输出接口采集到了灯光照明下手所成的像和40ns脉宽激光50ns选通时所成的像。
权利要求
1.一种CMOS高帧频瞬态图像传感器，包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探测器单元1-n，其特征在于在每一个探测器单元的读出管col-i与探测器D的正极之间增加保护电阻R1、释放管Q1、取样电阻R2、选通管Q2、保峰电容C，并对探测器外的所有电路进行光屏蔽。
2.根据权利要求1所述的一种CMOS高帧频瞬态图像传感器，其特征在于所述的保峰电容C的一端与读出管col-i及选通管Q2的漏极连接，取样电阻R2的一端与选通管Q2、释放管Q1的原极以及保护电阻R1连接，保峰电容C、取样电阻R2的另一端及释放管Q1的漏极接地，保护电阻R1的另一端与探测器D的正极连接，选通管Q2的栅极接信号Vg，释放管Q1的栅极接信号Vg-N，读出管col-i、选通管Q2及释放管Q1的原极和漏极可以互换。
全文摘要
本发明涉及一种CMOS高帧频瞬态图像传感器。包括CMOS水平移位寄存器、CMOS垂直移位寄存器和探测器单元1－n，在每一个探测器单元的读出管col－i与探测器D的正极之间增加保护电阻R1、释放管Q1、取样电阻R2、选通管Q2、保峰电容C，并对探测器外的所有电路进行光屏蔽。本发明的有益效果是实现了高帧频瞬态成像，能达到50ns到14us选通成像。
文档编号H04N5/335GK1645920SQ20051002016
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月10日 优先权日2005年1月10日
发明者袁昌明, 郭立忠 申请人:中国电子科技集团公司第四十四研究所