[发明专利]一种高时间分辨的图像传感器结构及驱动方法

说明书

本发明涉及图像传感器及高速成像技术，具体涉及一种高时间分辨的图像传感器结构及驱动方法，以解决现有高时间分辨连续成像系统存在的系统规模较大、光学分光一致性难以保证、系统灵敏度下降，以及片上存储的超高速图像传感器的设计加工难度大、生产成本较高的技术问题。该图像传感器结构包括传感器供电电路、分组交错排列的5T像素结构图像传感器阵列、曝光驱动单元、读出时序驱动电路、像素信号列处理电路及传感器输出电路。本发明还提出基于上述图像传感器结构的驱动方法，对两组像素组进行独立曝光、转移和读出控制，实现了在同一传感器像面内的多幅高时间分辨图像的连续获取。

技术领域

本发明涉及图像传感器及高速成像技术，具体涉及一种高时间分辨的图像传感器结构及驱动方法。

背景技术

高时间分辨的连续成像是现代应用物理研究中的一种重要的测试数据获取方法，尤其在高速瞬态物理过程的实验研究中，连续多幅高时间分辨图像对解释物理机理、发现物理现象、验证物理规律具有极其重要的应用价值。

现有的高时间分辨连续成像系统通常采用光学分光的分幅成像技术，此类系统通过光学分光的方法，将同一场景分光投射到多个传感器像面，通过多个成像通道，实现连续多幅高时间分辨图像的获取，虽然可以实现较好的时间分辨和空间分辨，但存在系统规模较大、光学分光一致性难以保证、光学分光带来成像系统灵敏度下降等问题。

近年来随着图像传感器技术的不断发展进步，出现了采用片上存储技术的超高速图像传感器，此类传感器通过将像素内的感应电荷就近存储在传感器片内，并通过设计多个存储单元，实现高时间分辨的连续成像性能。但此类图像传感器需要特殊的加工工艺支持，设计及加工难度大，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有高时间分辨连续成像系统中，采用分幅成像技术存在系统规模较大、光学分光一致性难以保证、系统灵敏度下降问题，而采用片上存储的超高速图像传感器技术存在设计及加工难度大、生产成本较高的技术问题，提出一种高时间分辨的图像传感器结构及驱动方法，采用5T像素结构，无需特殊加工工艺支持，基于标准的CMOS图像传感器工艺，即可实现时间连续的多幅高时间分辨图像获取。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高时间分辨的图像传感器结构，其特殊之处在于：包括传感器供电电路、由5T像素结构组成的图像传感器像素阵列、与图像传感器像素阵列连接的曝光驱动单元、读出时序驱动电路和像素信号列处理电路，以及传感器输出电路；

所述传感器供电电路分别与图像传感器像素阵列、曝光驱动单元、读出时序驱动电路、像素信号列处理电路及传感器输出电路相连；

所述图像传感器像素阵列包括两组交错排列的第一像素组和第二像素组；

所述曝光驱动单元包括第一曝光驱动电路和第二曝光驱动电路，分别用于驱动对应的第一像素组和第二像素组；

所述第一曝光驱动电路产生光敏区复位控制信号PD_RST1、浮置栅极复位控制信号FD_RST1及转移控制信号TX1，分别与第一像素组中的5T像素结构相连；所述第二曝光驱动电路产生光敏区复位控制信号PD_RST2、浮置栅极复位控制信号FD_RST2及转移控制信号TX2，分别与第二像素组中的5T像素结构相连；

所述读出时序驱动电路产生两组像素读出驱动信号Group1_Read和Group2_Read，分别与对应第一像素组和第二像素组中的5T像素结构相连，用于驱动对应的第一像素组和第二像素组将像素信号输出至像素信号列处理电路；

所述像素信号列处理电路用于按列逐行读出像素信号，并对像素信号进行放大处理；

所述传感器输出电路用于将进行放大处理的像素信号输出。

进一步地，所述5T像素结构包括像素光敏区PD、浮置栅极FD、光敏区复位管1、转移门2、浮置栅极复位管3、源极跟随器4及像素选择输出管5；