[发明专利]带有积分时间调整电荷传输的多线性图像传感器

说明书

本发明涉及带有电荷传输的TDI图像传感器，其用于利用对在各个行的具有相同秩的像素中在行持续时间(T_L)期间由图像的点产生的电荷进行加和，通过若干行像素而连续观察单一图像行。根据本发明，像素在移动的方向上再分为至少两个相邻部分(SUBa_ij、SUBb_ij)，每个部分包括与其它部分的储存区域相独立的至少一个电荷储存区域，而使电荷能够从第一部分传输至第二部分，其中一个部分(SUBa_ij)受到遮盖而不接收光，而其它部分(SUBb_ii)未受遮盖而接收光。未遮盖的部分包括电荷排除结构，其在定义积分的实际开始的可变时刻启动，所述积分的实际开始的可变时刻无关于观察图像行的周期的开始。因此能够限定不取决于传感器和图像的相对移动速度的曝光时间T_INT，而与带有电荷传输的标准TDI传感器不同，所述标准TDI传感器的曝光时间等于行周期T_L(关联于移动的速度)。

技术领域

本发明涉及一种时间延迟积分线性图像传感器(或TDI图像传感器)，其中，通过叠加多行光敏像素(其随着场景在传感器前方移动通过而相继观察场景的同一条带)所收集的信号而重新构建所观察的场景的一个条带的点的图像。

背景技术

这些传感器例如用于扫描器。其包括光敏像素的多个平行的行的线性阵列；用于控制各个行(控制曝光时间，然后控制光生电荷的读出)的控制回路的时序与场景和传感器的相对移动同步，从而使得传感器的像素的所有行相继看到所观察的场景的同一条带。对于所观察的条带的每个点，通过每个行产生的信号随后逐点叠加。

对于不变的曝光时间，传感器的敏感度随行的数量N成比例提高；或者说，对于不变的敏感度，曝光时间可以除以N。对于工业控制应用，该数量N可以例如为16或32。信噪比随传感器的行的数量N的平方根成比例提高。

存在这样的TDI图像传感器，其中像素为包括光电二极管和多个晶体管的有源像素，并且其中，由像素产生的信号数字地叠加，即，由每个像素产生的模拟信号被数字化，而由看到相同图像点的像素产生的数字值相继叠加。

还存在这样的电荷耦合TDI图像传感器，其中像素是被无源的(仅包括电荷产生和电荷储存区域)，其中信号的逐点叠加是看到相同图像点的各个像素所收集的电荷的叠加。通过与场景和传感器的相对移动同步地将在像素的一行中产生并积累的电荷清空至像素的下一行，而简单地实现该叠加。可以读出并随后数字化像素的最后一行，其已积累了N次通过所观察的图像的条带产生的电荷。

这种传感器主要使用CCD技术制造，并且越来越多地使用CMOS技术制造。每个像素包括用于储存通过光产生的电荷的栅极。电荷在由栅极覆盖的半导体中产生，或者在有时插入在两个相继栅极之间的光电二极管中产生。传感器包括控制装置，所述控制装置用于控制施加至栅极的电势，从而对于所有像素同时地在N个相继步骤中(如果在TDI传感器中有N行的话)使电荷从一个栅极移动至另一个栅极。

专利EP2482317提供一种示例性的电荷耦合TDI传感器。在该示例中，像素包括一系列栅极和光电二极管，例如交替地包括四个栅极和四个光电二极管，在栅极下对半导体均匀地掺杂；栅极的控制包括四个阶段；像素也可以包括交替的三个栅极和三个光电二极管以及三阶段控制。在专利US6465820中提供了另一示例。在该另一示例中，由于在光电二极管中和在栅极下的半导体的特定掺杂，像素仅包括一个栅极和一个光电二极管，并且栅极的控制仅包括两个阶段。

在所述各种示例中，在栅极下和在光电二极管中的半导体是光敏的，即，在栅极下和在光电二极管下，照射像素的光都产生代表该光照的电荷。取决于在电荷传输期间所涉及的阶段，光生电荷储存在栅极之下，或者在光电二极管之下，或者同时在两者之下。相继的阶段逐渐使电荷从一个储存区域传输至位于第一区域下游的另一区域。

本发明涉及电荷耦合TDI传感器，而非数字加和传感器。