[发明专利]半全局快门成像器

说明书

本公开涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括被划分为多个块的二维像素阵列，所述多个块中的每一个包括布置在至少两个不同行和两个不同列中的像素，以及快门机构，所述快门机构顺序地曝光所述多个块，其中，每个块中的所有像素都被同时曝光。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年5月19日提交的标题为“半全局快门成像器”(“SEMI-GLOBALSHUTTER IMAGER”)的美国临时专利申请No.62/163,730的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及数字成像领域，并且特别地涉及一种半全局快门成像器，其可以顺序地捕捉多个像素块，但同时捕捉每个块中的像素。

背景技术

图像传感器(或成像器)通常是指可以检测和转换形成图像所需的信息的图像捕获设备(例如，相机)的部分。在数码相机中，图像传感器通常可以是其上捕获图像的硅半导体。在结构上，传感器可以由捕获光子并将其转换成电子的光敏二极管(即感光点(photosites))阵列组成。可以将每个感光点中的电子的累积转换成电子信号(例如电压)，该电子信号又可以转换为表示图片元素或像素的数字数据。然后可以使用这些元素或像素来组装最终图像。最终的图像可以存储在相机的存储器中，并被取回以在显示器上观看和/或进一步操纵。

理想地，设计良好的图像传感器允许相机具有相对高速的帧速率，使得相机能够在短时间内捕获更多数量的图像，同时通过最小化结果图像中诸如运动伪影之类的不希望的效果的量来维持图像质量。

发明内容

本公开总体涉及一种半全局快门成像器和机构，其能够顺序地捕获和处理多个像素块，而同时捕获每个块中的像素。图像传感器的传感器元素(或像素)可以被分成多个像素块。同一块中的所有像素可以同时曝光。之后，当来自曝光的像素块的数据仍被读出时，另一像素块可被曝光。这个过程可以重复，直到所有的像素被曝光和读出。这可以显著减少像素的曝光和分析像素中捕获的信息之间的延迟，由此增加帧速率(或速度)或相机。另外，通过为给定半全局快门图像传感器设置最佳数量的像素块并同时曝光每个像素块中的所有像素，半全局成像器还可以减少可能由像素块的顺序曝光引起的结果图像的某些形式的不希望的失真(例如，运动伪像)。

通常，图像传感器可以包括被划分为多个块的二维像素阵列，所述多个块中的每一个包括被布置在至少两个不同的行和两个不同的列中的像素；以及顺序地曝光多个块的快门，其中，每个块中的所有像素被同时曝光。快门可以例如是电子控制的。像素阵列可以具有各种配置。例如，像素阵列可以包括具有M行像素的矩形阵列，其中M不小于100，并且其中每个块的高度为M行的组合高度的至少二十分之一，但不超过M行的组合高度的五分之一。作为另一示例，像素阵列可以包括具有N列的矩形阵列，其中N不小于100，并且其中每个块的宽度是N列像素的组合宽度的至少二十分之一，但是不超过N列的组合宽度的五分之一。在其他合适的布置和几何形状中一些块可以包括不同数量的像素，而一些块可以包括相同数量的像素。

在一些变型中，图像传感器可以包括或被配置为与定时控制模块一起使用，定时控制模块向每个块发送定时信号，其中定时信号启动块的曝光序列。此外，图像传感器可以包括或者被配置成与用于多个块中的每一个块的独立的读出电子器件一起使用，其中读出电子器件能够接收和处理来自相应块中的像素的电子信号。例如，这种独立的读出电子器件可以包括放大电子信号的放大器和将电子信号转换成数字数据的模拟-数字转换器。此外，在图像传感器的一个变型中，读出电子器件可以在第一块的曝光完成之后立即从像素的第一块中读出电子信号，并且在完成从第一块读出电子信号之前开始第二块的曝光。在另一变型中，在第二块的曝光和第一块的曝光之间可以存在延迟，其中该延迟足够大以允许在第二块完成其曝光之前读取第一块。