一种用于图像传感器的读出装置的制作方法

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种用于图像传感器的读出装置。

背景技术：

1、本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

2、如图1所示，传统图像传感器的读出电路包括像素阵列、行采样电路、adc电路。像素阵列由多个像素单元组成，像素单元可以实现光电转换（即，将光子转化为电子），从而可以使每个像素单元根据输入光的强度来产生用于输出的电信号。该读出电路的工作原理为在像素阵列完成曝光后，依次对每一行像素曝光结果进行采样，然后通过adc完成模数转换并将经模数转换得到的最终结果提供给图像传感器中的后续数字电路以完成后续计算。行采样电路通常包括采样保持电路、列尾电流电路和列选开关电路。传统的读出电路的具体工作时序见图3。依据读出电路的工作原理，可以推算其每次曝光后需要的读出时间为（tsample+tadc*ncol）*nrow，其中，tsample为行采样时间，tadc为adc转换一个像素的时间，nrow、ncol分别为像素阵列的行列数。

3、传统图像传感器的读出电路的像素阵列结构见图2，像素阵列包括多个像素单元。通常，每个像素单元包括感光区和读出区（读出区包括读出单元）。感光区用于感测输入光的强度，读出区用于先后输出与光强度对应的像素信号和复位信号。每个像素单元的读出单元通常采用本领域公知的由三个晶体管构成的电路结构（通常简称为“3t结构”）。由于图像传感器的大矩阵特性（即像素单元行列组成的阵列较大），使得不同位置的像素单元距离较远，特别是第一行第一列的像素单元与第n行第n列的像素单元间的间距较大。由于不同像素单元间的感光区受到的输入光的强度不一致，因此读出单元的晶体管的一致性存在一定差异，这里称为像素间失配。为了消除像素间失配，读出电路的设计会采用双采样的读出方式来读出关于像素的信号，即：对像素曝光后的像素信号进行采样，并保存在电容中，然后对像素复位，并将复位信号进行采样，以将曝光后的像素信号与复位信号做差的方式保存至同一电容中并输出至模数转换器。如此操作后将消除像素间失配对图像的影响。因此，从结构上来说，具有3t结构的图像传感器的行采样时间必不可少。另一方面，由于是对同一行的像素单元进行采样，所以针对一行像素单元，在读出电路中需要一整行的电容（也称为行采样电容）来与一行像素单元匹配；而为了降低列与列之间的像素间失配（也称列间失配），行采样电容的面积必须做大。这不仅限制了行采样时间的降低，而且提高了芯片的面积，增加了成本。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种用于图像传感器的读出装置，包括：像素阵列，其包括多个像素单元，所述像素单元包括：用于根据输入光的强度来产生像素信号的感光区和用于读出所述像素信号的像素读出单元，其中所述像素阵列中的至少两个相邻像素单元共用用于产生复位信号的一个复位读出单元，所述复位信号与至少两个相邻像素单元产生的至少两个像素信号中的任一者对应；模数转换器；以及列读出电路，其用于同时接收并同时输出同一个像素单元的像素信号和与所述同一个像素单元的像素信号对应的复位信号，以将不同的像素单元的像素信号和与所述不同的像素单元的像素信号对应的复位信号依次、分时提供至所述模数转换器。

2、所述复位读出单元和所述像素读出单元可以具有3t结构。

3、所述至少两个相邻像素单元可以包括在所述像素阵列中处于同一行的、对称的两个相邻像素单元，或者所述至少两个相邻像素单元可以包括在所述像素阵列中处于相邻两行的、对称的四个相邻像素单元。

4、所述列读出电路可以包括：列尾电流电路，其包括多个尾电流电路，所述尾电流电路的数量对应于所述像素阵列中的像素单元的列数，所述列尾电流电路在读出每个像素单元的像素信号和与所述每个像素单元的像素信号对应的复位信号时向所述每个像素单元提供尾电流，以及列选开关电路，其连接到所述列尾电流电路和所述模数转换器，所述列选开关电路用于将所述不同的像素单元的像素信号和与所述不同的像素单元的像素信号对应的复位信号依次、分时提供至所述模数转换器。

5、所述列读出电路可以包括：列选开关电路，其连接到单个尾电流电路和所述模数转换器，所述列选开关电路用于将所述不同的像素单元的像素信号和与所述不同的像素单元的像素信号对应的复位信号依次、分时提供至所述模数转换器，其中，所述单个尾电流电路位于所述列选开关电路的下游，所述单个尾电流电路在读出每个像素单元的像素信号和与所述每个像素单元的像素信号对应的复位信号时向所述每个像素单元提供尾电流。

6、所述模数转换器可以是差分模数转换器，其用于计算在每个像素单元的像素信号和与所述每个像素单元的像素信号对应的复位信号之间的差值，将所述差值放大后转换成数字信号并且输出所述数字信号。

7、根据本发明的一种用于图像传感器的读出装置能去除传统像素阵列读出方案的行采样时间，并且降低了所读出的信号导致的列间失配，从而有效提高读出像素的质量与速度。

8、应当理解，上述说明仅是本发明技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例说明本发明的具体实施例。

技术特征：

1.一种用于图像传感器的读出装置，包括：

2.根据权利要求1所述的读出装置，其中，所述复位读出单元和所述像素读出单元具有3t结构。

3.根据权利要求1所述的读出装置，其中，所述至少两个相邻像素单元包括在所述像素阵列中处于同一行的、对称的两个相邻像素单元，或者所述至少两个相邻像素单元包括在所述像素阵列中处于相邻两行的、对称的四个相邻像素单元。

4.根据权利要求1所述的读出装置，其中，所述列读出电路包括：

5.根据权利要求1所述的读出装置，其中，所述列读出电路包括：

6.根据权利要求1所述的读出装置，其中，所述模数转换器是差分模数转换器，其用于计算在每个像素单元的像素信号和与所述每个像素单元的像素信号对应的复位信号之间的差值，将所述差值放大后转换成数字信号并且输出所述数字信号。

技术总结
本发明提出一种用于图像传感器的读出装置，包括：像素阵列，其包括多个像素单元，所述像素单元包括：用于根据输入光的强度来产生像素信号的感光区和用于读出所述像素信号的像素读出单元，其中所述像素阵列中的至少两个相邻像素单元共用用于产生复位信号的一个复位读出单元，所述复位信号与至少两个相邻像素单元产生的至少两个像素信号中的任一者对应；模数转换器；以及列读出电路，其用于同时接收并同时输出同一个像素单元的像素信号和与所述同一个像素单元的像素信号对应的复位信号，以将不同的像素单元的像素信号和与所述不同的像素单元的像素信号对应的复位信号依次、分时提供至所述模数转换器。

技术研发人员：黄福军,杨浩
受保护的技术使用者：天津希格玛微电子技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31