图像传感器、电子系统和用于控制图像传感器的方法技术方案

本发明专利技术涉及成像装置和包括该成像装置的电子系统。所述成像装置包括成像部，其具有至少一个基于光子的入射输出电信号的像素；检测电路部，其基于来自所述像素的所述电信号执行二进制判定，并输出判定结果；以及判定结果积分电路部，其对所述检测电路部的所述判定结果进行积分，其中，所述判定结果积分电路部通过对光子进行计数来得到光子的入射量。因此，能够以较大的动态范围进行光量测量处理和摄像处理。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2010年9月25日、专利技术名称为“图像传感器、电子系统和用于控制图像传感器的方法”的申请号为201010290397.4的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及例如CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补型金属氧化物半导体)图像传感器等摄像装置以及使用了该摄像装置的照相机系统。
技术介绍
近些年来，在医疗领域以及生物
中，已研发了用于测量由生物体或从生物体发出的微量光和荧光的技术以及用于摄像的技术。另外，已将透射摄像技术应用于医疗和安全领域中的产品。根据透射摄像技术，通过闪烁器将通过观察物体的微量X射线转换为在可视水平下的光子，随后，检测光子以便在观察时形成物体的图像。在这些领域中进行的摄像过程中，使用光子计数器来测量微量光。通常，光子计数器是一种使用雪崩二极管或光电倍增管的简单装置。起到光子计数器作用的装置能够将入射到该装置的光接收表面上的每个光子均转换为光电子，并且，通过电场使光电子加速，从而特别是通过由于碰撞形成的二次电子发生使光电子的数量倍增。随后，该装置通过光电子产生电压脉冲。在任意时间与起到光子计数器作用的装置相连的计数装置对电压脉冲数进行计数。光子计数器具有允许光子计数器能够检测每个光子的优良的测量精度。但是，在价格方面，使用了光子计数器的系统的价格昂贵，并且，测量过程的动态范围较窄。通常，能够利用光子计数器测量的光电子的数量为大约1百万～1千万。另一方面，对于具有较大范围的测量光量的摄像过程而言，要使用光电二极管和AD(AnalogtoDigital，模拟数字)转换器。光电二极管用于累积由光电转换处理所获得的电荷并且用于产生模拟信号。随后，AD转换器将模拟信号转换为数字信号。但是，上述摄像过程会产生多个问题。其中的一个问题为在模拟信号传送时产生的噪声。另一个问题为AD转换器的速度。在检测较少量的光时，必须减小所产生的噪声并增大AD转换的位数，以便改善数字信号的分辨率。因此，需要具有非常高的转换速度的AD转换器。另外，为了改善所摄图像的分辨率，必须增加图像的像素数量。因此，用于AD转换的系统的尺寸很大。更多的信息参见日本专利公开文献No.1995-67034以及No.2004-193675(在下文中，分别将它们称为专利文献1和2)。事实上，拍摄发出微弱光的图像的操作必须通过减小在操作中产生的噪声并以高精度检测光才能实现，并且，该操作还必须以较大的动态范围来进行。但是，并没有能够完全满足这些要求的装置。在试图减小例如由X射线摄像操作引起的沾染量时，需要与光子计数器相同水平的精度。但是，使用普通的光子计数器并不能满足对摄像操作来说充足的动态范围。另外，为了提高分辨率，要求一种包括计数装置的多像素系统。但是，这种系统非常昂贵。另一方面，如在专利文献1中披露的那样，提出了一种用于以时分(time-division)为基础对光子数进行计数的新技术。根据该技术，形成二进制值作为判定在预先确定的时间段内有无入射光子击中光电二极管的结果。对每个光电二极管均进行用于形成二进制值的处理，并且对这些值求积分以提供二维摄像数据。即，在预先确定的各个时间段内检测由光电二极管产生的信号，并且，如果在该时间段内由信号表示的入射至光电二极管上的光子数量至少为1，则无论入射至光电二极管上的光子数量如何，连接至与光电二极管对应的像素的计数器均以1为单位向上计数。如果光子入射至光电二极管上的频率沿时间轴随机变化，则实际的入射光子的数量以及计数器内容遵循泊松分布(Poissondistribution)。因此，对于低频率的光子入射而言，实际入射光子的数量与计数器内容之间的关系为线性。即使频率较高，仍能够以均匀的方式校正实际入射光子的数量与计数器内容之间的关系。但是，根据在专利文献1中披露的技术，每个像素均需要检测电路和计数器，以致像素的开口面积必然非常小。更早提到的专利文献2提出这样的结构：采用基于时分的计数技术并且在每个像素均要求检测电路和存储器的像素阵列外侧设置计数器。另外，尽管可以将计数器设置在像素阵列的外侧这一事实，但是，每个像素均需要一个计数器。因此，包括计数器的芯片的电路尺寸不可避免的较大。另外，在由专利文献1和2披露的结构中，均试图仅仅通过沿时间轴缩短测量入射光子的间隔并通过提高对像素的存取速度来增大动态范围。
技术实现思路
本专利技术的实施例能够通过一种新型的摄像装置克服上述缺陷，该摄像装置能够以较大的动态范围进行即使在较低照明度下也只是产生很小噪声的光量测量处理和摄像处理。这些实施例包括一种使用该摄像装置的新型照相机系统。一个实施例的图像传感器包括多个像素、多个检测电路和计数电路。各个所述像素被构造为根据在预定时间期间内入射到所述像素上的光子输出电信号。各个所述检测电路被构造为从与所述检测电路相关联的至少一个所述像素读出电信号，以便产生表示在预定时间期间内有无光子被所述检测电路接收的数据。计数电路被构造为与从所述多个检测电路中选择的检测电路进行通信。计数电路被构造为基于从所述检测电路接收的数据提供与所述检测电路相关联的所述像素的积分结果。一个实施例的电子系统包括光学系统和图像传感器。该光学系统包括透镜。图像传感器被构造为从光学系统接收入射光。图像传感器包括多个像素块、多个检测电路和计数电路。各个所述像素块包括与公共信号线相连的像素组。各个所述像素被构造为根据入射到所述像素上的光子输出电信号。各个所述检测电路与对应的像素块相关联。各个所述检测电路被构造为从所述像素组读出电信号，并为所述像素组内的各个像素产生表示有无光子被所述像素接收的数据。计数电路与所述多个检测电路选择性地相连，并且被构造为基于从所述多个检测电路中的各个所选择的检测电路接收的数据提供积分结果。一个实施例的种方法包括如下步骤：对第一像素进行第一存取操作，对所述第一像素进行第二存取操作。该方法包括对所述第一像素进行第一计数操作。所述第一计数操作在所述第一像素的第一存取操作与所述第一像素的第二存取操作之间进行。对第二像素进行第一存取操作。所述第二像素的第一存取操作在所述第一像素的第二存取操作之前进行。一个实施例的方法包括进行第一计数操作和第二计数操作。所述第一计数操作是基于从与第一像素相关联的第一检测电路接收的二进制值进行的。所述第二计数操作是基于从与第二像素相关联的第二检测电路接收的二进制值进行的。所述第一计数操作和所述第二计数操作通过公共计数电路进行。根据本专利技术的实施例，在无需减小像素的开口率的情况下，不对模拟信号进行处理并且即使以低照明强度也仅产生很小的噪声，因而能够以较大的动态范围进行光量测量处理和摄像处理。附图说明通过以下参照附图给出的对优选实施例的说明，将能理解本专利技术的这些和其它改进以及本专利技术的特点。图1为显示了用作本专利技术第一实施例的摄像装置的CMOS图像传感器的结构的框图。图2为说明在第一实施例的摄像装置中使用的光接收部的概念的说明性图。图3为显示了平均入射光子计数与计数概率(countprobability)之间的关系的图，所述平均入射光子计数代表入射到与图2所示的光接收部的网孔对应的单位格子上的光子数量。图4为显示了第一实施例的像素的电路结构的电路图。图5为说明在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像装置，其包括：成像部，其具有至少一个基于光子的入射输出电信号的像素；检测电路部，其基于来自所述像素的所述电信号执行二进制判定，并输出判定结果；以及判定结果积分电路部，其对所述检测电路部的所述判定结果进行积分，其中，所述判定结果积分电路部通过对光子进行计数来得到光子的入射量。

【技术特征摘要】
2009.10.01 JP 2009-2298931.一种成像装置，其包括：成像部，其具有至少一个基于光子的入射输出电信号的像素；检测电路部，其基于来自所述像素的所述电信号执行二进制判定，并输出判定结果；以及判定结果积分电路部，其对所述检测电路部的所述判定结果进行积分，其中，所述判定结果积分电路部通过对光子进行计数来得到光子的入射量。2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，对光子进行的计数是使用网孔来执行的，所述网孔包括被划分成相同距离的光接收表面和被划分成相同时间的时间轴。3.根据权利要求2所述的成像装置，其中，所述网孔具有两个逻辑值，所述两个逻辑值是逻辑1和逻辑0，所述检测电路部判定一个或多个光子是否已入射在所述网孔上，并且所述检测电路部当光子入射时而不管入射光子的数量如何都判定为逻辑1，且当不存在入射时判定为逻辑0，并且所述判定结果积分电路部对所述检测电路部的逻辑1的总和进行计数。4.根据权利要求1所述的成像装置，其还包括：多个像素块，每个所述像素块包括多个像素，选择电路部，其用于在所述像素之间进行选择，且在所述检测电路部中，布置有分别对应于每个所述像素块的检测电路。5.根据权利要求4所述的成像装置，其中，所述选择电路部以循环方式选择每个所述像素块中的像素，并将所选择的像素的信号输出到相应的所述检测电路，且针对每个像素，相应的所述检测电路判定在从该像素的上次选择到该像素的当前选择之间的固定时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：西原利幸，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP