图1是已经给出总的附图标记10的有源传感器元件的电路图。传感
器元件10包括光传感器20，即在输出端22提供对应于由光传感器20接收
的光L的电信号的感光元件。光传感器20的电输出端22连接到放大器电
路30的输入端31，该放大器电路30有用来提供基于在输入端31接收的光
传感器20的电输出信号的放大的电信号的输出端32。
当图像传感器被断开时，传感器元件不接收电源电压并处在将被
称为“关闭状态”或“无效状态”的第一状态。在图像传感器运行期
间，当提供电源电压时，各个传感器元件将被周期性地选择从而被读
出，即它们将提供用于进一步处理的输出信号。该传感器的操作状态
将被称作“被选状态”。在连续的被选状态之间，光传感器在累积对应
于接收的光的数量总和时是有源的，在此期间传感器元件在它的输出
端45不提供输出信号。该传感器元件的操作状态将被称作“积分状态”。
光传感器20在积分之前被复位，从而确保在读出期间提供的输出信号
唯一地对应在积分阶段之前期间接收的光的量；该操作状态将被称为
“复位状态”。
控制信号对使传感器元件进入上述操作状态中的一种是必要的。而
且，为了传感器元件的良好操作至少两个电源电压是必要的。
如图1所示，传统的传感器元件有四个用于接收所述的电源电压和
控制信号的输入端：第一电源输入端41、第二电源输入端42、选择信号
输入端43和复位信号输入端44。传感器元件10也有一个信号输出端45。
两个电源输入端41和42用来以适当的电源电压给光传感器20和放大器30
提供电源。选择信号输入端43和复位信号输入端44用来分别接收选择信
号和复位信号以便设置所述的三种操作状态。
图像传感器必须提供用于向所有的传感器元件输入或从所有的传感
器元件输出信号的相应数量的导电的线路，这些线路具有以上论述的缺
点。
两个二进制的控制信号被用于在通常的情况下设置所述的三种操作
状态，即在通常的情况下选择信号和复位信号都能被假定为两个信号
值，这两个值分别被称为“有效信号值”和“无效信号值”。
在复位信号为有效信号值时获得复位状态；选择信号的信号值对它
则没有影响。
在复位信号为无效信号值并且选择信号为有效的信号值时获得被选
状态。
当选择信号和复位信号都为无效信号值时传感器元件10是积分状
态。
本发明是基于这样的认识，在上述三种操作状态中的任一种中选择
和复位信号不同时为有效信号值。按照本发明最重要的一个方面，借助
于将通过一个控制输入端提供的控制信号获得想要的操作状态是有可能
的，提供的控制信号的含义由可能的不同信号值确定。这一控制输入将
被称为“通用的复位/选择信号输入”。
图2A表示按照本发明的第一传感器元件11。第一电源输入端41经第
一开关S1连接到光传感器20的复位输入端21。第二电源输入端42直接连
接到光传感器20并经第二开关S2连接到放大器30。两个开关S1和S2有连
接到传感器元件11的公用控制输入端51的控制输入端。
有三个可能信号值的信号提供给公用的控制输入端51，确定传感器
元件11的操作状态。
在第一信号值，开关S1和S2都被关闭。因为在那种情况下放大器30
不接收必需的电源电压，所以传感器元件将不提供输出信号，但光传感
器是有源的；因此传感器元件11在积分状态。
选择第二信号值以至于第一开关S1是导通的而第二开关S2不是。光
传感器20从而被更新；这正是为什么第一开关S1也表示复位开关及所述
的第二信号值也被称为复位信号。
在第三信号值，第二开关S2进入导通状态，但第一开关S1没有进入
导通状态。结果，放大器30被恰当地连接到电源，并从而对放大由光传
感器20提供的信号并把它传递到输出端45是有效的。换句话说，传感器
元件处在被选状态。因此，第二开关S2也被称为选择开关，并且所述的第
三信号值被称为选择信号。
在图2A的第一实施例中，传感器元件11的选择通过控制在通向放大
器30的电源线上的可控制的选择开关S2获得。图2B表示按照本发明的传
感器12的第二实施例，它在放大器30的输出端32和传感器元件12的输出
端45之间包括有可控制的选择开关S3方面与图2A示出的第一实施例11不
同。然而该变形的操作与参照图2A论述的操作相同。
图2C和2D显示了参照图2A论述的第一实施例11的两种可能的实现
方式，图2E和2F表示参照图2B论述的第二实施例12的两种可能的实现方
式。
在示出的四种实现方式中放大器30被构造为共源结构的单个MOS晶
体管，基极连接到光传感器20的输出端，所有示出的四种实现方式中用
光敏二极管表示。因此传感器元件11、12的输出将是电流强度与光传感
器20的输出电压成正比的电流。而且，事实上，可控制的复位开关S1和
可控制的选择开关S2或S3在所有四种实现方式中均用单个MOS晶体管构
成，从而总共只需要不多于三个MOS晶体管。
在图2C所示的第一实施例11的实现方式中，放大晶体管30的漏极连
接到输出端45，并且放大晶体管30的基极连接到光敏二极管20的正极。
放大晶体管30的源极连接到选择晶体管S2的漏极，S2的源极连接到第
二电源输入端VDD。光敏二极管20的正极还连接到复位晶体管S1的漏极，
S1的源极连接到第一电源输入端VSS。复位晶体管S1和选择二极管S2的
栅极都连接到控制输入端51。光敏二极管的负极耦合到第二电源输入端
VDD。
图2C的实现方式用三个N沟道MOS场效应晶体管(MOSFET)实现。
图2D的实现方式与图2C相同，只是这里使用P沟道MOSFET。
在图2E的实现方式中，光敏二极管20的正极连接到放大晶体管30的
栅极并连接到复位晶体管S1的源极。复位晶体管S1的漏极连接到第一电
源电压VSS。放大晶体管30的源极连接到第二电源电压VDD，而放大晶体
管30的漏极连接到选择晶体管S3的源极，S3的漏极连接到传感器元件10
的输出端45。选择晶体管S3和复位晶体管S1的栅极都连接到复位/选择
信号输入端51。
在图2E中示出的实现方式使用N沟道晶体管。图2F的实现方式与图
2E的相同，但是这里使用P沟道晶体管。
图2C中示出的传感器元件11的变形的操作现在将被简要地说明。提
供给第一电源输入端41的第一电源电压VSS的电平低于提供给第二电源
输入端42的第二电源电压VDD的电平。
通常，提供给控制输入端51的控制信号的电平基本上等于第二电源
电压VDD，从而复位晶体管S1和选择晶体管S2两者都不导通(积分状态)。
当传感元件11被读出时(被选状态)，其电平低于第二电源电压VDD的
控制信号被提供到控制输入端51上，从而选择晶体管S2将导通，但所
述电平将比第一电源电压Vss高，从而复位晶体管S1将仍然不导通。在
输出端45的输出信号则完全由光敏二极管20的正极电压确定。
为了复位传感器20，具有低于第一电源电压VSS的电平的控制信号
提供给控制输入端51，从而复位晶体管S1和选择晶体管S2将都导通。
通常，传感器元件的复位与在矩阵中同一行的所有其它传感器元件
同时发生。这是因为它提供了这种优点，即在该行的传感器元件的所有
复位输入端能够用一个公共的导电线路控制。然而，对矩阵结构有一个
要求，就是矩阵的像素能够被单独地复位。这使得有可能调整每个像素
的积分时间，这再次使得能够在像素的动态区域中有相当大的增加。也
有可能用与通常的一行一行的次序不同的次序访问像素，因为每个像素
的积分时间能够仍保持不变。
已经知道CMOS图像传感器中传感器元件或像素能够被分别复位。
这样的例子在由Orley Yadid-Pecht等在IEEE固态电路杂志32卷1979年第2
期285-288页的文章“带有区域的电子快门的CMOS有源像素传感器星型
跟踪器”中有说明。然而，在提到的出版物描述的装置中，附加的选择
线(即复位-选择线)是必要的。从而该公知的装置一共要求两个电源线
和四个信号线，即输出线、读出/选择线、复位信号线和复位/选择线。
本发明提出一种传感器元件，其中这样的附加的复位-选择线是不必要
的，从而本发明也在这方面提供减少延伸在传感器矩阵的连接线路的数
量而功能保持不变。
本发明也基于这样的认识：可以保持想要的功能，同时由于两条线
路中的信息在每个传感器元件中被加以合并而使得延伸在传感器矩阵表
面的电子线路的数量被减少。
按照本发明的第一方面，只有在传感器元件同时由在读出/选择线上
的选择信号选择时，传感器元件才响应于复位信号而被复位。为此目的
按照本发明的传感器元件包括一种用于在复位信号和选择信号上实施
“与”(AND)功能的装置。为此目的可以提供独立的与部件，但是对传
感器元件本身的逻辑结构来说包含与功能也是另一种可能。
图3A表示按照本发明的传感器元件13的第三实施例，它提供所述的
功能，并且与上面所提到的公开文本相比减少了连接的数量。图像传感
器20直接连接到第二电源输入端42。第一可控制选择开关S2连接在放大
器30和第一电源输入端41之间。可控制复位开关S1和第二可控制选择开
关S2′的串联安排被包括在图像传感器20和第一电源输入端41之间。两个
选择开关S2和S2′的控制输入都连接到用于接收选择信号的选择输入端6
1。复位开关S1的控制输入连接到用于接收复位信号的复位输入端62。
在图3A中示出的实施例的操作如下所述。如果在选择输入端61接收
的选择信号为无效值，则开关S2和S2′不导通，并且传感器元件13处在积
分状态。在复位输入端62接收的复位信号的值则不相关。
如果在选择输入端61接收的信号的值是有效的，然而在复位输入端
62接收的信号为无效值，放大器30通过第一选择开关S2连接到电源输入
端41的电源电压，并且传感器20和电源输入端41之间的连接被不导通复
位开关S1断开。在图像传感器20的输出端22产生的电信号则被放大器30
以放大的形式提供给传感元件13的输出端45，即传感器元件处在被选状
态。
如果在选择输入端61接收到的信号的值是有效的而在复位输入端62
接收的信号也具有有效的值，则图像传感器20经开关S1和S2′被连接到电
源输入端41，并且图象传感器被复位。
所述的与功能从而借助于串联连接在光传感器20和第一电源连接41
的之间存在的两个开关S1和S2′而被提供，一个开关S1由复位信号操纵
并且另一个开关S2′由选择信号操纵。
在图3A所示的实施例中，复位开关S1连接到图象传感器20并且第二
选择开关S2′连接到第一电源输入端41。在另一个实施例中这两个开关的
次序可以被颠倒，从而复位开关S1连接到电源输入端41并且第二选择开
关S2′连接到图象传感器20。
在图3A中示出的实施例中两个选择开关S2和S2′都被连接到第一电
源输入端41。在另一实施例中，这两个选择开关可以被合并为单个选择
开关，它的控制输入连接到选择输入端61，一个开关端子被连接到电源
输入端41并且另一个开关端子连接到放大器30和复位开关S1。
图3A中示出的实施例中的传感器元件13被选择用来读出，其中放大
器30被连接到电源输入端41。选择开关S2为此目的被耦合在电源输入端
41和放大器30的电源连接端之间。另外，放大器30可以直接连接到电源
输入端41，而选择开关S2由连接在放大器30的输出端32和传感器元件13
的输出端45之间的选择开关S3代替，与参照图2B描述的图2A的另一个
实施例相同。
图3B表示图3A的实施例的实现方式。这里放大器30以源极跟随器
结构中的单个MOS晶体管的形式被实现，从而输出信号将是与通过到感
光结构20的电压成正比。放大晶体管30的源极连接到传感器元件13的输
出端45。放大晶体管30的漏极连接到选择开关晶体管S2的源极，S2的漏
极连接到第一电源输入端41。光传感器20再次用光敏二极管表示，它的
正极连接到放大晶体管30的栅极和复位晶体管S1的源极。复位晶体管S1
的漏极连接到第二选择晶体管S2′的源极，S2′的漏极连接到第一电源输
入端41。复位晶体管S1的栅极连接到复位输入端62。选择晶体管S2和S2
A′的栅极连接到选择输入端61。
在该实施例中选择信号和复位信号的有效值对应于“低”，而选择
信号和复位信号的无效值对应于“高”。
图3B的实现方式利用N沟道晶体管；然而，很显然在现有技术中基
于P沟道晶体管的实现方式也是有可能的。
按照本发明的的第二方面，只有当传感器元件通过在选择的线路上
的选择信号同时被选择时传感器元件才提供电源电压。本发明部分地基
于这样的认识，如果没有被选择，传感器元件不需要任何电压。为此目
的按照本发明的传感器元件有这样的逻辑结构，即在选择线路上的选择
信号的有效值同时被用作电源信号。
图4A表示按照本发明的传感器元件14的第四实施例，它提供上述的
功能，并且与上面提到的出版物相比减少了的连接的数量。该传感器元
件14只具有选择输入端71、复位输入端72和单个电源输入端73。图像传
感器20直接连接到电源输入端73。放大器30连接到用于接收电源电压的
选择输入端71。可控制复位开关S1连接在图像传感器20和选择输入端71
之间，所述开关的控制输入连接到用于接收复位信号的复位输入端72。
放大器30的输出端32和传感器元件14的输出端45之间具有可控制的选择
开关S3，S3的控制输入端连接到用于接收选择信号的选择输入端71。
图4A中示出的实施例的操作如下。如果在选择输入端71接收到的选
择信号为无效值，则开关S3不导通，从而放大器30与输出端45断开并因
此接收不到电源。传感器元件13则处在积分状态。在复位输入端71接收
到的复位信号的值则并不重要。
如果在选择输入端71接收到的信号具有有效信号，而在复位输入端
72接收到的信号具有无效信号，则放大器30接收选择信号的有效值作为它
的电源电压，开关S3导通，用来提供输出信号给在传感器元件14的输出
端45的放大器30，并且传感器20和选择输入端71之间的连接被不导通的
复位开关S1中断。在图像传感器20的输出端22产生的电信号则以放大的
形式由放大器20在传感器元件14的输出端45提供，即传感器元件14处在
选择状态。
如果在选择输入端71接收到的信号的值是有效的，而在复位输入端
72接收到的信号的值也是有效的，则图象传感器20经复位开关S1连接到
选择输入端71的选择信号有效值，图象传感器20被复位。
图4B表示图4A的实施例基于P沟道晶体管的实现方式；然而，本领
域技术人员很显然地可以基于N沟道晶体管作出相同的设计。
光传感器20再次以光敏二极管示出，它的正极连接到电源连接端子
73(GND)，它的负极连接到放大晶体管30的栅极和复位晶体管S1的源
极。复位晶体管S1的漏极连接到选择输入端71，以及复位晶体管S1的栅
极被连接到复位输入端72。放大晶体管30的源极连接到选择晶体管S3的
漏极，而选择晶体管S3的源极连接到输出端45。选择晶体管S3的栅极连
接到选择输入端71。放大晶体管S3的漏极连接到选择输入端71。
当选择输入端71的信号电平低时传感器元件14处在积分状态。
如果选择输入端71的信号电平高而复位输入端72的信号电平低，则
传感器元件14处在被选状态。
如果选择输入端71的信号电平高而复位输入端72信号电平也高，则
传感器20被复位。
原则上，放大晶体管30的漏极可以被直接连接到选择输入端71。在
图1B示出的实施例中，第二选择晶体管S3′包括在放大晶体管30的漏极
和选择输入端71之间，所述的晶体管S3′栅极连接到选择输入端71，从而
该第二选择晶体管S3′的工作与第一选择晶体管S3的工作相同。第二选择
晶体管S3′提供附加的优点：在与光敏二极管20连接的选择输入端的信号
的串扰被减少。
本发明从而提供了一种图象传感器，它包括多个放置成阵列的有源
传感器元件11；12；13；14以及用来传送电源电压和信号的多个延伸在
阵列的表面的导电线路。每个传感器元件包括光传感器和放大器30。
按照本发明，实现导电线路的减少而同时保持了性能。
在第一和第二实施例中，用于此目的传感器元件11；12包括与传感
器相关联的第一开关S1和与放大器相关联的第二开关S2；S3，这两个开
关都由共同的控制信号控制。
在第三实施例中，用于此目的传感器13包括第一开关S1和连接在传
感器和电源线之间的第二开关S2′的串联安排。在第四实施例中，选择信
号同时被用作放大器的电源。
显然，本发明的范围不限于以上论述的实施例，并且可以作出各种
改变和修改而不脱离权利要求限定的本发明的范围。例如，在参照图2A
论述的实施例中复位开关可被提供在传感器和一个电源连接端之间，并
且选择开关可被提供在放大器同一个电源连接端子之间。