[發明專利]帶有改進的基準信號的有源像素傳感器

無效

• 申請號: 01103027.5
• 申請日: 2001-01-11
• 公開（公告）號: CN1308457A
• 公開（公告）日: 2001-08-15
• 發明（設計）人: M·M·波爾格
• 申請（專利權）人: 安捷倫科技有限公司
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H01L27/146
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳增勇,梁永

本發明涉及有源像素傳感器，更詳細地說，涉及這種傳感器中改進的基準信號的產生和處理。

有源像素傳感器(APS)捕獲數字圖像數據，常常用于數字靜止攝像機、數字視頻攝像機和圖像復制設備等。APS一般由許多像素單元構成，后者每一個都包含一般稱作光電二極管的光敏二極管。

參見圖1，其中示出按照本發明使用的典型的像素單元12的電路簡圖。單元12最好包括三個晶體管13-15(一般是n-型場效應晶體管)和光敏光電二極管11。晶體管13和14耦合到V_DD，而晶體管15耦合到晶體管14的源極。復位信號加在晶體管13的柵極上，而行選擇信號加在晶體管15的柵極上。

在典型的工作方式下，規定復位線為高電平，以便將反偏置的光電二極管的寄生電容充電到復位電平。光電二極管的輸出節點17上的復位電平穩定之后，復位線被拉到低電平，使光生電荷載體可以以與入射光強度成正比的速率將光電二極管放電。在特定的曝光時間之后，行選擇線被規定為高電平，使節點17處的電壓能夠通過源跟隨器緩沖晶體管14在單元輸出節點19(列導體接于此處)被采樣。復位信號再次被規定為高和低電平，以便第二次使節點17復位。在輸出節點19處對復位電平采樣。對入射光曝光后(V_EXPOSURE)和復位(V_RESET)時輸出節點19的電壓電平之間的差值與入射光強度成正比。V_RESET和V_EXPOSURE是以地為基準測定的。

為了構成APS，把這許多個像素單元設置在一起，最好排成陣列。通過讀所述許多像素單元中每一個的輸出節點來讀出APS。讀通常是通過把每一行的像素輸出數據傳輸到行緩沖器，并順序地處理每一行行緩沖器的內容來進行的。

盡管對捕獲圖像數據有利，但當前的APS器件也有缺點，例如，光電二極管輸出值一般都是以地為基準測定的。這樣做的問題包括光電二極管的輸出信號和地信號受到不同的噪聲電平和其他不公平的(inequitable)影響。結果，光電二極管的輸出信號(以地為基準測定的)往往有顯著的噪聲分量，造成對入射光的精確度較差的記錄和質量較低的圖像重放。

因此，本發明的一個目的是提供一種APS，它使用一種對像素單元所受的噪聲和其他影響能做出比較精確的補償的基準信號。

本發明的另一個目的是提供一種APS，它利用處于相似位置的像素單元來建立所需要的基準信號。

本發明的這些和相關的目的利用帶有這里描述的改進的基準信號的有源像素傳感器來達到。

在一個實施例中，本發明包括可曝光的像素單元陣列和基準信號產生電路，后者利用一個或多個基準像素單元來產生基準信號。基準像素單元最好以與可曝光像素單元類似的方法形成，從而反映類似的噪聲和寄生影響。

基準像素單元可以設置在曝光陣列旁邊的陣列中，或作其他安排。可以為所述曝光陣列中的每一行設置一個或多個基準像素單元。當設置多個基準像素單元時，最好至少把它們的光電二極管中的一些光電二極管連接在一起，以便產生平均光電二極管輸出電壓。基準像素單元最好用不透明的濾光片等材料覆蓋。

在結合附圖閱讀以下對本發明的較詳細的描述之后，本專業的技術人員將不難明白本發明的上述和相關的優點和特征的實現。

圖1是用于本發明的有源像素傳感器(APS)的典型的像素單元的電路簡圖；

圖2是按照本發明的帶有列讀出電路的有源像素傳感器的電路簡圖；以及

圖3是按照本發明的整體地短路的光電二極管的示意圖。

參見圖2，其中示出按照本發明的有源像素傳感器(APS)的電路簡圖。應該指出，圖2實際上公開了一種帶有列讀出電路的有源像素陣列。圖中沒有示出行譯碼等。但因主要示出APS，所以在以下的描述中將使用該術語。

APS5含有排列成N×M陣列的多個像素單元12(此后稱作“像素”)。典型的APS大小包括640×480(VGA)和352×288(CIF)，預料將來密度會提高。圖中示出兩個典型的行1和2的部分。應該指出，在圖中設置垂直3點圖案處可以設置很多行，并且每一行像素的數目可以增加。

APS5可以分成兩段：“基準”像素3和“曝光”像素4。正如下面將更詳細討論的，基準像素用來建立基準信號，后者最好逐行地與曝光像素的輸出信號進行比較，以提供更準確的圖像數據輸出信號。

盡管行1和2代表APS中許多中的任何一行，但是行2將用來傳授本發明的基準信號的產生和處理技術。應該明白，這里有關行2的傳授可以應用于其他行中的任何一行。