專利名稱：進(jìn)行改善的子采樣的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及圖像傳感器，尤其涉及一種用于改善CMOS圖像傳感器中的子采樣(sub-sampling)的機(jī)制。
背景技術(shù)：
CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器通常安裝在蜂窩電話、數(shù)字靜像照相機(jī)以及其它便攜式電子裝置上。CMOS圖像傳感器捕獲觀察圖像并且將圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，其然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字圖像信號(hào)從CMOS圖像傳感器輸出形成RGB(紅綠藍(lán))色彩圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字圖像信號(hào)被處理來(lái)驅(qū)動(dòng)諸如液晶顯示器(LCD)的顯示裝置。
圖1是傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器100的框圖。參考圖1，圖像傳感器100包括有源像素傳感器(APS)陣列110，行驅(qū)動(dòng)器120，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)130。
行驅(qū)動(dòng)器120從行解碼器(未示出)接收控制信號(hào)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器130從列解碼器(未示出)接收控制信號(hào)。此外，圖像傳感器100包括控制器(未示出)，可產(chǎn)生定時(shí)控制信號(hào)以及尋址信號(hào)用于選擇輸出感測(cè)的圖像信號(hào)的像素。
圖2說(shuō)明了圖1的APS陣列110的濾色片模式。APS陣列110具有多個(gè)配置在像素上的濾色片，使得每個(gè)像素接收特定顏色的光。一個(gè)示例濾色片陣列具有拜耳模式，其中藍(lán)色和綠色在一行或一列中交替，并且紅色和綠色在下一行或列中交替，如圖2所示。
在此，與亮度信號(hào)密切相關(guān)的綠色與紅色或藍(lán)色在每行中交替來(lái)改善亮度分辨率。為了增強(qiáng)分辨率，多于一百萬(wàn)像素的CMOS圖像傳感器被用在許多電子裝置比如數(shù)字照相機(jī)中。
圖1的APS陣列110使用光電二極管感測(cè)光線并且將感測(cè)到的光線轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)來(lái)產(chǎn)生圖像信號(hào)。從APS陣列110輸出的圖像信號(hào)包括紅色、綠色和藍(lán)色模擬信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器130從像素陣列110接收模擬圖像信號(hào)并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器130使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的相關(guān)二重采樣(correlated doublesampling，CDS)轉(zhuǎn)換光電二極管感測(cè)到的圖像信號(hào)。
圖3是形成圖1的APS陣列110的每個(gè)像素的單元像素驅(qū)動(dòng)電路300的電路圖。參考圖3，單元像素驅(qū)動(dòng)電路300包括光電二極管PD和四個(gè)晶體管。此外，單元像素驅(qū)動(dòng)電路300包括連接到輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG的偏壓電路310。該偏壓電路310配置在APS陣列110的每列的頂部或底部。
在CDS模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換中，當(dāng)復(fù)位控制信號(hào)RX(和行選擇信號(hào)SEL)被激活時(shí)，在浮點(diǎn)擴(kuò)散(FD)結(jié)點(diǎn)的從電源電壓VDD傳輸?shù)男盘?hào)作為復(fù)位信號(hào)VRST輸出。此外，當(dāng)傳送控制信號(hào)TC(和行選擇信號(hào)SEL)被激活時(shí)，在光電二極管PD基于入射光的檢測(cè)產(chǎn)生的電子信號(hào)傳送到FD結(jié)點(diǎn)并且作為圖像信號(hào)VSIG輸出。ADC130將復(fù)位信號(hào)VRST和圖像信號(hào)VSIG之間的差異從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。行選擇信號(hào)SEL、復(fù)位控制信號(hào)RX和傳送控制信號(hào)TX可由行驅(qū)動(dòng)器120產(chǎn)生。
在蜂窩電話或數(shù)字照相機(jī)中使用的圖像傳感器100在具有減少垂直分辨率而不改變驅(qū)動(dòng)頻率的子采樣的模式中操作，來(lái)輸出完整幀(full frame)圖像信號(hào)。當(dāng)不期望高分辨率顯示時(shí)，操作的子采樣模式典型地用于快速信號(hào)處理，比如在預(yù)覽步驟用于確定要捕獲的圖像或用于自動(dòng)聚焦步驟。
對(duì)于一般的子采樣操作模式，來(lái)自行或列的間隔的圖像信號(hào)被采樣(即輸出到ADC130)來(lái)減小分辨率。例如為了從SXGA分辨率減小到VGA分辨率，來(lái)自每?jī)尚泻土械南袼財(cái)?shù)據(jù)被采樣來(lái)降低一半分辨率。當(dāng)像素在行和列的更大間隔采樣時(shí)分辨率可進(jìn)一步減小來(lái)降低處理數(shù)據(jù)的數(shù)量。然而，這些減小數(shù)據(jù)處理導(dǎo)致了混疊噪聲(aliasing noise)，它在顯示器上表現(xiàn)為多條鋸齒形的斜線。
為了去除這些混疊噪聲，提出了各種嘗試來(lái)平均圖像信號(hào)。特別地，來(lái)自同一個(gè)濾色片的兩行的圖像信號(hào)可被垂直平均。然而，當(dāng)兩行被分別選擇時(shí)使用如此垂直平均幀速率不能被增加。
因此，兩行被同時(shí)選擇的條件下，可進(jìn)行垂直平均來(lái)增加幀速率。在那種情況下，當(dāng)兩個(gè)被平均圖像信號(hào)之間的差異很小時(shí)，子采樣操作是可接受的。然而，當(dāng)差異不小時(shí)，較大的信號(hào)將會(huì)惡化圖像質(zhì)量。例如，將不會(huì)呈現(xiàn)包括在暗圖像中的亮線。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的圖像傳感器對(duì)同時(shí)選擇的兩行圖像信號(hào)進(jìn)行垂直平均，而不會(huì)惡化圖像質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明總的方面的一種圖像傳感器包括第一和第二像素電路和連接到第一和第二像素電路的輸出結(jié)點(diǎn)。而且，圖像傳感器包括偏壓電路用于在圖像傳感器的不同操作模式的輸出結(jié)點(diǎn)上提供不同的偏壓電流。
例如，偏壓電路在圖像傳感器操作的子采樣模式期間在輸出結(jié)點(diǎn)提供較高偏壓電流。在這樣的子采樣操作模式期間，輸出結(jié)點(diǎn)從第一和第二像素電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)中產(chǎn)生平均復(fù)位信號(hào)，并且從第一和第二像素電路產(chǎn)生的圖像信號(hào)中產(chǎn)生平均圖像信號(hào)。
在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，第一像素電路產(chǎn)生第一圖像信號(hào)指示在第一像素電路中的第一光電二極管檢測(cè)的光強(qiáng)度，以及第二像素電路產(chǎn)生第二圖像信號(hào)指示在第二像素電路中的第二光電二極管檢測(cè)的光強(qiáng)度。
在本發(fā)明的另一個(gè)示例實(shí)施例中，偏壓電路包括電流反射鏡，其具有連接到輸出結(jié)點(diǎn)的第一晶體管。偏壓電路還包括至少兩個(gè)另外的晶體管連接到第一晶體管用于確定流過(guò)第一晶體管的偏壓電流。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，偏壓電路還包括電流源和連接在電流源和至少另外兩個(gè)彼此二極管連接的晶體管之間的相應(yīng)開(kāi)關(guān)。此外，偏壓電路包括寄存器用于提供相應(yīng)的控制信號(hào)，其確定每個(gè)開(kāi)關(guān)是否被接通或關(guān)上。
在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，較少數(shù)開(kāi)關(guān)被接通用于增加在子采樣操作模式期間流過(guò)第一晶體管的偏壓電流。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，至少兩個(gè)其它的晶體管具有不同的W/L(寬比長(zhǎng))比率。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙袼仉娐分槐蝗ゼせ?de-activated)時(shí)，偏壓電路在圖像傳感器的正常操作模式期間在輸出結(jié)點(diǎn)提供較低的偏壓電流。
在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，第一和第二像素電路是用于在圖像傳感器的有源像素傳感器陣列的同一行中顏色最接近的像素。
當(dāng)圖像傳感器是具有第一和第二像素電路的CIS類型(CMOS圖像傳感器類型)時(shí)，其中每個(gè)像素電路包括光電二極管、復(fù)位晶體管、傳送晶體管、行選擇晶體管、源跟隨晶體管，本發(fā)明可被用于特別優(yōu)化。
通過(guò)這種方式，在子采樣操作模式期間連接到輸出結(jié)點(diǎn)的用于垂直平均的偏壓電流被增加。這些增加的偏壓電流即使當(dāng)將被平均的圖像信號(hào)之間的差異很大時(shí)，也可增強(qiáng)圖像質(zhì)量。


當(dāng)參考附圖，詳細(xì)描述實(shí)施例時(shí)，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1是傳統(tǒng)圖像傳感器的框圖；圖2說(shuō)明圖1的APS陣列的拜耳濾色片模式，如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的；圖3是用于圖1的APS陣列的典型像素驅(qū)動(dòng)電路的電路圖，如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有增強(qiáng)的子采樣的圖像傳感器的框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在圖4的圖像傳感器的操作期間的步驟流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在圖4的圖像傳感器的操作期間的信號(hào)時(shí)序圖；圖7示出了在圖4的浮點(diǎn)擴(kuò)散結(jié)點(diǎn)FD3的電壓變量和CDS電路輸出電壓之間的關(guān)系圖表；圖8示出了根據(jù)圖7的結(jié)果，灰度級(jí)和輸出碼差異之間的關(guān)系圖表；以及圖9示出了根據(jù)圖7的結(jié)果，輸出碼差異和像素頻率之間的關(guān)系圖像。
在此提及的附圖是為了清楚說(shuō)明而繪制的，并沒(méi)必要按比例畫(huà)。在圖1，2，3，4，5，6，7，8和9中具有相同附圖標(biāo)記的元件表示具有相同結(jié)構(gòu)和/或功能的元件。
具體實(shí)施例方式
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器400的框圖。參考圖4，CMOS圖像傳感器400包括第一像素電路410和第二像素電路420。第一和第二像素電路410和420是具有多個(gè)像素的APS(有源像素傳感器)陣列的一部分。CMOS圖像傳感器400還包括偏壓電路430用于偏壓像素電路410和420的輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG，以及寄存器440用于控制偏壓電路430。
CMOS圖像傳感器400的APS陣列包括多個(gè)配置在行和列的陣列中的像素。圖4僅說(shuō)明對(duì)應(yīng)于在APS陣列的垂直方向同一列上具有用于相同顏色的濾色片的兩個(gè)像素的示例像素電路410和420。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中CMOS傳感器的APS陣列具有拜耳顏色模式(如圖2所示)。
例如利用這樣的拜耳顏色模式，第一像素電路410用于APS陣列的第一行中的G(R/B)像素，以及第二像素電路420用于APS陣列的第三行中的G(R/B)像素。在任何情況下，像素電路410和420沿著像素陣列中的相同列配置。
偏壓電路430和寄存器400可配置在APS陣列以上或以下。類似于圖1的圖像傳感器100，CMOS圖像傳感器400也可包括行驅(qū)動(dòng)器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在那種情況下，這樣的行驅(qū)動(dòng)器(未示出)可產(chǎn)生圖4所示的行選擇信號(hào)SEL1，SEL3，...，復(fù)位控制信號(hào)RX和傳送控制信號(hào)TX。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)可接收從圖像傳感器400的輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG輸出的平均模擬復(fù)位信號(hào)VRST和平均圖像信號(hào)VSIG用于轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
參考圖4，像素電路410和420的每個(gè)包括各自的行選擇晶體管M1/M5，各自的復(fù)位晶體管M2/M6，各自的源跟隨晶體管M3/M7，各自的傳送晶體管M4/M8，和各自的光電二極管PD1/PD3。當(dāng)這些晶體管在圖4中表示為NMOSFET(N通道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)時(shí)，本發(fā)明可用不同類型的晶體管實(shí)現(xiàn)。
每個(gè)行選擇晶體管M1/M5具有柵極(gate)，各自的行選擇信號(hào)SEL1/SEL3施加在柵極上。每個(gè)行選擇晶體管M1/M5的漏極/源極連接到各個(gè)結(jié)點(diǎn)ND1/ND3，而其它漏極/源極連接到輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG。
每個(gè)復(fù)位晶體管M2/M6具有其上施加了復(fù)位控制信號(hào)RX的柵極。每個(gè)復(fù)位晶體管M2/M6的漏極/源極連接到電源VDD，并且另一漏極/源極連接到各個(gè)FD(浮點(diǎn)擴(kuò)散)結(jié)點(diǎn)FD1/FD3。每個(gè)源跟隨晶體管M3/M7具有連接到各個(gè)FD結(jié)點(diǎn)FD1/FD3上的柵極。每個(gè)源跟隨晶體管M3/M7的漏極/源極連接到電源VDD，并且另一漏極/源極連接到各個(gè)結(jié)點(diǎn)ND1/ND3。
每個(gè)傳送晶體管M4/M8具有其上施加了傳送控制信號(hào)TX的柵極。每個(gè)傳送晶體管M4/M8的漏極/源極連接到各個(gè)FD結(jié)點(diǎn)FD1/FD3，并且另一漏極/源極連接到各個(gè)結(jié)點(diǎn)ND5/ND7。每個(gè)像素電路410和420中的各個(gè)光電二極管PD1/PD3在電源VSS(例如地極)和各個(gè)結(jié)點(diǎn)ND5/ND7之間執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。
偏壓電路430包括電流源434，多個(gè)開(kāi)關(guān)431，432和433，第一晶體管M11和多個(gè)其它晶體管M12，M13和M14。這些晶體管M11，M12，M13和14在圖4中由NMOSFET表示，但是本發(fā)明可由不同類型的晶體管實(shí)現(xiàn)。
電流源434連接到電源VCC來(lái)產(chǎn)生預(yù)定電流等級(jí)。每個(gè)開(kāi)關(guān)431，432和433連接在電流源434和源極接地(或低電源VSS)的晶體管M12，M13和M14中相應(yīng)一個(gè)的漏極之間。來(lái)自寄存器440的控制信號(hào)S1，S2和S3中相應(yīng)的一個(gè)確定每個(gè)開(kāi)關(guān)431，431和433是否被接通(即閉合)或關(guān)斷(即斷開(kāi))。
每個(gè)晶體管M12，M13和M14通過(guò)二極管連接到與柵極連接的漏極。晶體管M12，M13和M14的柵極共同連接到晶體管M11的柵極，M11的漏極連接到輸出節(jié)點(diǎn)VRST/VSIG，且其源極連接到接地節(jié)點(diǎn)(或低電源VSS)。通過(guò)這種方式，當(dāng)任一開(kāi)關(guān)431，431和433閉合時(shí)，晶體管M11形成了連接到電流源434的任一晶體管M12，M13和M14的電流反射鏡。
晶體管M12，M13和M14可以以相同的尺寸形成(即相同W/L，寬長(zhǎng)比率)?；蛘?，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，晶體管M12，M13和M14具有不同的寬長(zhǎng)比率W/L。例如，當(dāng)晶體管M14的W/L比率為1時(shí)，晶體管M12和M13的W/L比率分別為3和2。
寄存器440響應(yīng)于指示圖像傳感器400的操作模式的模式信號(hào)MODE產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S1，S2和S3。例如，模式信號(hào)MODE指示圖像傳感器400是否在正常模式工作還是在子采樣模式工作。寄存器400分別根據(jù)MODE信號(hào)提供開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S1，S2和S3到多個(gè)開(kāi)關(guān)431，432和433。
在正常操作模式中，在圖像傳感器400中的APS陣列的行方向上的像素被依次選擇。因此，在正常操作模式中僅偈素電路410和420之一可被激活。當(dāng)對(duì)應(yīng)的行選擇晶體管M1/M5被接通時(shí)像素電路被激活，當(dāng)對(duì)應(yīng)的行選擇晶體管M1/M5被關(guān)斷時(shí)被去激活。
然而，在操作的子采樣模式中，在相同列的垂直方向上的相同顏色的濾色片的像素被同時(shí)選擇。例如，圖4的像素電路410和420在子采樣操作模式中被同時(shí)激活。
采樣現(xiàn)在可參考圖5和6對(duì)圖4的圖像傳感器400的子采樣操作模式進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖5示出了操作步驟，圖6是圖4的圖像傳感器在子采樣操作模式期間的信號(hào)時(shí)序圖。
參考圖5，在傳送控制信號(hào)TX被激活到邏輯高電平之前，像素電路410和420中的每個(gè)光電二極管PD1和PD3接收各個(gè)外部光用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換(圖5的步驟510)。參考圖5和6，行選擇信號(hào)SEL1和SEL3被激活到邏輯高電平用于子采樣操作模式。因此，APS陣列的在奇數(shù)行(例如第一和第三行)對(duì)應(yīng)的像素電路被激活。
參考圖4，5和6，當(dāng)行選擇信號(hào)SEL1和SEL3被激活到邏輯高電平時(shí)，行選擇晶體管M1和M5被同時(shí)接通用于從兩個(gè)像素電路410和420中產(chǎn)生平均復(fù)位信號(hào)VRST和平均圖像信號(hào)VSIG(圖5的步驟S520)。特別地，電源電壓VDD在復(fù)位控制信號(hào)RX被激活到低電平之前被傳輸?shù)紽D結(jié)點(diǎn)FD1和FD3。
此后，當(dāng)復(fù)位控制信號(hào)RX被激活到低電平時(shí)，在FD結(jié)點(diǎn)FD1和FD3的電壓被通過(guò)源跟隨晶體管M3和M7以及行選擇晶體管M1和M5傳送到輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG。結(jié)果是，由來(lái)自FD結(jié)點(diǎn)FD1和FD3傳送的復(fù)位信號(hào)的平均值，在輸出節(jié)點(diǎn)VRST/VSIG產(chǎn)生平均復(fù)位信號(hào)VRST。
此后，傳送控制信號(hào)TX被激活到高電平。結(jié)果是，由光電二極管PD1/PD3光電轉(zhuǎn)換的每個(gè)圖像信號(hào)被傳送到各個(gè)FD結(jié)點(diǎn)FD1和FD3。接下來(lái)，傳送控制信號(hào)TX被去激活到低電平，以及圖像信號(hào)通過(guò)源跟隨晶體管M3和M7以及行選擇晶體管M1和M5從FD結(jié)點(diǎn)FD1和FD3傳送到輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG。結(jié)果是，從來(lái)自FD結(jié)點(diǎn)FD1和FD3傳送的圖像信號(hào)的平均值在輸出節(jié)點(diǎn)VRST/VSIG產(chǎn)生平均圖像信號(hào)。
這樣的平均復(fù)位和圖像信號(hào)VRST和VSIG進(jìn)一步例如由模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理。在這些用于奇數(shù)行(例如第一和第三行)的像素的平均復(fù)位和圖像信號(hào)產(chǎn)生之后，隨后的用于對(duì)應(yīng)的偶數(shù)行(例如第二和第四行)的平均復(fù)位和圖像信號(hào)類似地產(chǎn)生(圖5的步驟S530)。隨后的奇數(shù)行隊(duì)和偶數(shù)行對(duì)被交替選擇來(lái)為APS陣列中的所有行產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的平均復(fù)位和圖像信號(hào)(圖5的步驟S540)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，偏壓電路430產(chǎn)生提供在輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG(通過(guò)晶體管M11)上的偏壓電流，其在子采樣操作模式中的數(shù)值大于在正常操作模式中的數(shù)值。例如，寄存器440產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S1，S2和S3，當(dāng)模式信號(hào)MODE指示進(jìn)行正常模式的操作時(shí)所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S1，S2和S3接通所有的開(kāi)關(guān)431，432和433。在那種情況下，因?yàn)閬?lái)自電流源434的預(yù)定電流等級(jí)流過(guò)所有的晶體管M12，M13和M14，減小晶體管M11的柵極到源極的電壓來(lái)依次降低流過(guò)晶體管M11的電流。
另一方面，當(dāng)模式信號(hào)MODE指示進(jìn)行子采樣模式操作時(shí)，寄存器440產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S1，S2和S3以便只接通多個(gè)開(kāi)關(guān)431，432和433中的一個(gè)。因?yàn)轭A(yù)定電流等級(jí)僅流過(guò)晶體管M12，M13和M14中的一個(gè)，晶體管M11的柵極到源極的電壓被依次增加從而增加流過(guò)晶體管M11的電流。
通過(guò)晶體管M11的電流由晶體管M11，M12，M13和M14的W/L比率、以及由開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S1，S2和S3選擇晶體管M12，M13和M14中的哪個(gè)連接到電流源434來(lái)確定。一般地，晶體管M12，M13和M14中的更少數(shù)被連接到電流源434會(huì)導(dǎo)致更高的偏壓電流流過(guò)晶體管M11并且提供在輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG。
在本發(fā)明可替換的實(shí)施例中，用戶可設(shè)置寄存器430中的每個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)S1，S2和S3來(lái)設(shè)置流過(guò)晶體管M11的偏壓電流并且提供在輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG。
圖7示出了在圖4中結(jié)點(diǎn)FD3的電壓VFD中的變量和CDS(相關(guān)二重采樣)電路輸出電壓之間的關(guān)系圖表。為了進(jìn)行最壞情況場(chǎng)景下的試驗(yàn)，圖4中的結(jié)點(diǎn)FD1上的電壓被設(shè)置為最暗情況下的電壓，即復(fù)位電壓(VDD＝2.5V)。
如圖7所示，當(dāng)在結(jié)點(diǎn)FD3的電壓VFD接近于復(fù)位電壓VDD(2.5伏特)時(shí)，曲線71，72和73變得類似于理想曲線。然而，當(dāng)結(jié)點(diǎn)FD3的電壓VFD降低時(shí)，這些曲線71，72和73更加偏離理想曲線。當(dāng)流過(guò)晶體管M11的偏壓電流在最低等級(jí)時(shí)獲得曲線71。當(dāng)流過(guò)晶體管M11的偏壓電流在中間等級(jí)(比如在曲線71的情況下使用的電流值的兩倍)時(shí)獲得曲線72。當(dāng)流過(guò)晶體管M11的偏壓電流在最高等級(jí)(比如在曲線71的情況下使用的電流值的三倍)時(shí)獲得曲線73。具有最高電流等級(jí)的曲線73最接近于圖7中的理想曲線。
圖8示出了基于圖7的結(jié)果而得到的灰度級(jí)和輸出碼差異之間的關(guān)系曲線，假設(shè)在8位像素灰度級(jí)系統(tǒng)中光電二極管PD1/PD3的飽和度電壓是300mV。圖8中的曲線81對(duì)應(yīng)于圖7中的曲線71；圖8中的曲線82對(duì)應(yīng)于圖7中的曲線72；圖8中的曲線83對(duì)應(yīng)于圖7中的曲線73。在圖8中，在輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG的最高偏壓電流的情況下的曲線83最接近于理想曲線。給定光電二極管PD1/PD3的可接受碼誤差，用戶可在寄存器440中設(shè)置控制信號(hào)S1，S2和S3用于在可接受碼誤差中進(jìn)行圖像傳感器的操作。
圖9基于圖7的曲線，示出了輸出碼差異和像素頻率之間的關(guān)系圖像。圖9中的曲線91對(duì)應(yīng)于圖7中的曲線71；圖9中的曲線92對(duì)應(yīng)于圖7中的曲線72；圖9中的曲線93對(duì)應(yīng)于圖7中的曲線73。這些曲線說(shuō)明降低較大碼誤差的頻率同時(shí)增加在輸出結(jié)點(diǎn)VRST/VSIG的偏壓電流。
通過(guò)這種方式，在子采樣操作模式期間，圖像傳感器400以兩倍于從垂直平均的正常操作模式的讀取速率來(lái)處理圖像信號(hào)。此外，在子采樣操作模式期間，在輸出結(jié)點(diǎn)增強(qiáng)VRST/VSIG的偏壓電流以改善圖像質(zhì)量，甚至對(duì)要被平均的圖像信號(hào)之間的大的差異也如此。
當(dāng)本發(fā)明已經(jīng)被特別示出并且參考其具體實(shí)施例描述時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是可在不脫離由權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)作出各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。例如，在此說(shuō)明和描述的任何元件的數(shù)量或設(shè)備的類型或信號(hào)的時(shí)序圖僅通過(guò)示例的方式描述。本發(fā)明僅由以下權(quán)利要求及其等同方式來(lái)限制。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括第一像素電路和第二像素電路；連接到所述第一和第二像素電路的輸出結(jié)點(diǎn)；以及偏壓電路，用于在所述輸出節(jié)點(diǎn)為圖像傳感器的不同操作模式提供不同偏壓電流。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中偏壓電路在圖像傳感器的子采樣操作模式期間，在輸出結(jié)點(diǎn)提供更高的偏壓電流。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中在子采樣操作模式期間，輸出結(jié)點(diǎn)從由第一和第二像素電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生平均復(fù)位信號(hào)，并且從由第一和第二像素電路產(chǎn)生的圖像信號(hào)產(chǎn)生平均圖像信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中第一像素電路產(chǎn)生第一圖像信號(hào)，該第一圖像信號(hào)指示在第一像素電路中的第一光電二極管檢測(cè)的光強(qiáng)度，以及其中第二像素電路產(chǎn)生第二圖像信號(hào)，該第二圖像信號(hào)指示在第二像素電路中的第二光電二極管檢測(cè)的光強(qiáng)度。
5.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中偏壓電路包括電流反射鏡，該電流反射鏡具有第一晶體管，其連接到輸出結(jié)點(diǎn)；以及至少兩個(gè)其它晶體管，連接到第一晶體管，用于確定流過(guò)第一晶體管的偏壓電流。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中偏壓電路還包括電流源；和連接在電流源和至少兩個(gè)彼此二極管連接的其它晶體管之間的相應(yīng)開(kāi)關(guān)；并且其中圖像傳感器還包括寄存器，用于提供用來(lái)確定每個(gè)開(kāi)關(guān)是否被接通或關(guān)斷的相應(yīng)控制信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中在子采樣模式操作期間，更少的開(kāi)關(guān)被接通，以便增加流過(guò)第一晶體管的偏壓電流。
8.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中所述相應(yīng)控制信號(hào)由寄存器響應(yīng)于指示圖像傳感器的操作模式的模式信號(hào)而設(shè)置。
9.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中至少兩個(gè)其它的晶體管具有不同的W/L(寬比長(zhǎng))比率。
10.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中當(dāng)?shù)谝缓偷诙袼仉娐分槐蝗ゼせ顣r(shí)，偏壓電路在圖像傳感器的正常操作模式期間在輸出結(jié)點(diǎn)提供較低的偏壓電流。
11.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中第一和第二像素電路是用于在圖像傳感器的有源像素傳感器陣列的相同列中顏色最接近的像素。
12.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中圖像傳感器是CIS類型即CMOS圖像傳感器類型，其具有第一和第二像素電路，第一和第二像素電路中的每一個(gè)都包括光電二極管、復(fù)位晶體管、傳送晶體管、行選擇晶體管以及源跟隨晶體管。
13.一種圖像傳感器，包括第一像素電路和第二像素電路；輸出節(jié)點(diǎn)，其連接到第一和第二像素電路；以及用于在輸出結(jié)點(diǎn)為圖像傳感器的不同操作模式提供不同的偏壓電流的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中所述裝置在圖像傳感器的子采樣操作模式期間在輸出結(jié)點(diǎn)提供更高的偏壓電流，并且所述裝置在第一和第二像素電路之一被去激活時(shí)在圖像傳感器的正常操作模式期間在輸出結(jié)點(diǎn)提供較低的偏壓電流。
15.如權(quán)利要求14所述的圖像傳感器，其中在子采樣操作模式期間，輸出結(jié)點(diǎn)從由第一和第二像素電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)中產(chǎn)生平均復(fù)位信號(hào)，并且從由第一和第二像素電路產(chǎn)生的圖像信號(hào)中產(chǎn)生平均圖像信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的圖像傳感器，其中第一和第二像素電路是用于圖像傳感器的有源像素傳感器陣列的相同列中顏色最接近的像素。
17.一種用于驅(qū)動(dòng)圖像傳感器的方法，包括激活連接到輸出結(jié)點(diǎn)的第一和第二像素電路中的至少一個(gè)，來(lái)在輸出結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生復(fù)位和圖像信號(hào)；并且為圖像傳感器的不同操作模式在輸出結(jié)點(diǎn)提供不同的偏壓電流。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)?shù)谝缓偷诙袼乇患せ顣r(shí)，在圖像傳感器的子采樣操作模式期間在輸出結(jié)點(diǎn)提供更高的偏壓電流。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)?shù)谝缓偷诙袼乇蝗ゼせ顣r(shí)，在圖像傳感器的正常操作模式期間在輸出結(jié)點(diǎn)提供較低的偏壓電流。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中第一和第二像素電路是用于圖像傳感器的有源像素傳感器陣列的相同列中顏色最接近的像素。
全文摘要
一種圖像傳感器，包括第一和第二像素電路以及連接到第一和第二像素電路的輸出結(jié)點(diǎn)。偏壓電路，在圖像傳感器的子采樣操作模式期間為改善的圖像質(zhì)量在輸出結(jié)點(diǎn)提供較高偏壓電流。
文檔編號(hào)H04N5/341GK1925566SQ20061013639
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者高京民, 尹廣鎬 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社