專利名稱：固態(tài)圖像感應設備及使用列間模擬域信號和的子采樣方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖像感應，更具體地說，涉及一種用于圖像感應設備子采樣的電路和方法。
背景技術：
電荷耦合設備(CCD)已經廣泛用作固態(tài)圖像感應設備。隨著半導體工業(yè)的發(fā)展，CCD快速發(fā)展并最終應用于高性能小照相機。盡管CCD是重要的圖像拾取設備，但數(shù)字照相機的核心元件，CCD傳感器消耗了相對大量的能量，且不適宜高速操作。因此，已經開發(fā)了能實現(xiàn)超過幾百個像素的高分辨率的CMOS圖像傳感器(CIS)。該CIS如此高度集成，從而可以設置非常大量的像素，以執(zhí)行快速數(shù)據(jù)掃描。此外，CIS功耗較少，其大約為CCD功耗的1/5，并具有較低的制造成本。因而，可以相對低的成本制造大尺寸的CIS。使用制造MOSFET或CMOS晶體管的處理在芯片上制造CIS，因而可在相同的芯片上形成信號處理電路，同時減小連接線的數(shù)目。此外，可用低于驅動CCD的電壓的電壓操作該CIS，且可在相同的芯片上設置其外圍電路。這減小了CIS的尺寸。因此，在未來數(shù)字視頻系統(tǒng)中，作為CCD固態(tài)圖像感應設備的可選擇的或可替代的設備，CIS是很重要的圖像感應設備。
CIS型固態(tài)圖像感應設備可用于蜂窩電話照相機、數(shù)字靜態(tài)照相機等等。從固態(tài)圖像感應設備輸出的色彩圖像數(shù)據(jù)(R，G和B數(shù)據(jù))驅動顯示設備，如液晶顯示器(LCD)。在使用CIS型固態(tài)圖像感應設備的系統(tǒng)中，固態(tài)圖像感應設備的操作的子采樣模式輸出減小了垂直分辨率的視頻信號。當不需要高分辨率顯示時，例如當顯示運動圖像顯示，預覽將被捕獲的圖像，或設置自動聚焦時，子采樣模式支持高幀速率。
圖1是常規(guī)的CIS型固態(tài)圖像感應設備100的方塊圖。參照圖1，常規(guī)的CIS型固態(tài)圖像感應設備100包括有源(active)像素傳感器(APS)陣列110、行驅動器120、和模擬-數(shù)字轉換器(ADC)130。行驅動器120接收來自行解碼器(未示出)的控制信號，模擬-數(shù)字轉換器130接收來自列解碼器(未示出)的控制信號。固態(tài)圖像感應設備100還包括控制器(未示出)，用于產生定時控制信號和尋址信號以輸出被選擇及被感應的每個像素的視頻信號。在固態(tài)圖像感應設備100中，總體上，在構成APS陣列110的每個像素上設置色彩過濾器，從而僅具有特定色彩的光從像素輸出。為了構造色彩信號，在APS陣列110上設置至少三種色彩過濾器。最一般的色彩過濾器陣列具有拜爾(Bayer)圖案，其中紅色和綠色圖案設置在一行中，綠色和藍色圖案設置在另一行中。這里，在所有行中設置與亮度信號密切相關的綠色圖案，且在行中交替設置紅色和藍色圖案，以提高亮度分辨率。具有超過一百萬像素的CIS用于數(shù)字靜態(tài)照相機，以提高分辨率。
在CIS型固態(tài)圖像感應設備100中，APS陣列110使用光電二極管感應光并將所感應的光轉換成電信號，以產生視頻信號。APS陣列110輸出的視頻信號包括紅色(R)，綠色(G)和藍色(B)模擬信號。模擬-數(shù)字轉換器130接收APS陣列110輸出的模擬視頻信號，并將模擬視頻信號轉換成數(shù)字信號。
在圖1所示的常規(guī)CIS型固態(tài)圖像感應設備100中，模擬-數(shù)字轉換器130使用相關雙采樣(Correlated Double Sampling)(CDS)方法將由光電二極管所感應到的視頻信號轉換成數(shù)字信號，所述方法在U.S.專利第5,982,318號和U.S.專利第6,067,113號中公開。CDS模擬-數(shù)字轉換分為從APS陣列110接收復位信號的步驟和接收由光電二極管感應到的視頻信號的步驟，從而將視頻信號轉換成數(shù)字信號。
圖2是對于每列的相關雙采樣(CDS)單元160的電路圖，其包含在圖1的模擬-數(shù)字轉換器130中。參照圖2，APS陣列110的光電二極管在預定周期無論何時重新感應光，在光電二極管給CDS單元160輸出新感應到的視頻信號VSIG之前，APS陣列110給CDS單元160輸出復位信號VRES。列CDS電路131使用斜坡(ramp)信號VRAMP放大復位信號VRES和視頻信號VSIG之間的差值。參照圖3，全部接通CDS電路131中的開關S1，S2，S3和S4，在時刻(1)處復位信號VRES被輸入到列CDS電路131。在時刻(2)處，只接通開關S1和S2，所感應到的視頻信號VSIG被輸入到列CDS電路131。在時刻(3)處，斷開所有的開關S1，S2，S3和S4并激活斜坡信號VRAMP。因而，隨著斜坡信號VRAM增加，存儲在電容器C1和C2中的復位信號VRES和視頻信號VSIG之間的差值也增大。通過放大器AMP 1和AMP 2產生輸出信號OUT(輸出)，所述輸出信號當所增加的差值超過了預定參考電平時被激活。這里，因為復位信號VRES和視頻信號VSIG之間的差值增加，激活輸出信號OUT時的時刻被延遲。
列CDS電路131的輸出信號OUT在預定電路中轉換成與其脈沖寬度成比例的數(shù)字值。在隨后的處理器中插入轉換的數(shù)字信號并驅動顯示設備，如LCD。
當CIS固態(tài)圖像感應設備捕獲靜態(tài)圖像時，輸出由APS陣列110的光電二極管感應到的所有像素的視頻信號。然而在子采樣模式中，輸出降低了分辨率的視頻信號。例如，在APS陣列具有超擴展圖形適配器(Super eXtendedGraphic Adapter)(SXGA)分辨率的CIS型固態(tài)圖像感應設備的情形中，當固態(tài)圖像感應設備拍攝靜態(tài)圖像時，其輸出SXGA級視頻信號。然而，在包含運動圖像顯示操作、預覽操作和自動聚焦操作的子采樣模式操作中，固態(tài)圖像感應設備輸出視頻圖形適配器(VGA)級視頻信號。作為基準，SXGA分辨率的像素數(shù)是1280×1024，VGA分辨率的像素數(shù)是640×480。在典型的例子中，在子采樣模式中，甚至具有甚擴展圖形適配器(Ultra eXtendedGraphics Adapter)(UXGA)分辨率的APS陣列的CIS型固態(tài)圖像感應設備輸出小于VGA級分辨率的視頻信號，從而降低處理數(shù)據(jù)的數(shù)量。作為基準，UXGA分辨率的像素數(shù)目是1600×1200。
在常規(guī)CIS型固態(tài)圖像感應設備100的子采樣模式中，只有以預定間隔設置的特定行和列的視頻信號輸出到模擬-數(shù)字轉換器130，從而降低垂直分辨率。為了將SXGA分辨率降低到VGA分辨率，例如，從與兩行和兩列對應的像素數(shù)據(jù)只選擇與一行和一列交點對應的數(shù)據(jù)，移除其它數(shù)據(jù)，從而將分辨率降低一半。當從與許多行和列對應的數(shù)據(jù)只選擇與一行和列對應的數(shù)據(jù)時，進一步降低了分辨率，因而進一步降低了處理數(shù)據(jù)的數(shù)量。
不幸的是，在常規(guī)CIS型固態(tài)圖像感應設備100的子采樣模式中，還存在未使用而是被丟棄的視頻信號VSIG。這增大了信噪比(SNR)畸變，從而導致了在顯示器上不能平滑地顯示斜線的混疊。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種固態(tài)圖像感應設備，其使用模擬域中列視頻信號之和來支持子采樣，而沒有丟棄從APS陣列輸出的任何列視頻信號，從而提高了子采樣模式中的SNR。
本發(fā)明還提供了一種驅動固態(tài)圖像感應設備的方法，所述固態(tài)圖像感應設備使用模擬域中的列視頻信號之和來支持子采樣。
依照本發(fā)明的一個方面，提供了一種固態(tài)圖像感應設備，其包括有源像素傳感器(APS)陣列，相關雙采樣(CDS)單元，和數(shù)字信號輸出電路。APS陣列包括以二維矩陣形式設置的像素并在選擇行中產生各列的復位信號和視頻信號。CDS單元接收來自相同色彩的相鄰列的復位信號，接收來自產生復位信號的像素的視頻信號，并產生分別與復位信號和視頻信號之間差值對應的調制信號，以根據(jù)先前調制信號的激活來激活每個調制信號。數(shù)字信號輸出電路根據(jù)當調制信號中最終被激活的調制信號的邏輯狀態(tài)變化時的時刻來產生相應的數(shù)字信號。最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)變化的時刻對應于相同色彩的復位信號和視頻信號之間差值的和。
在本發(fā)明的一個方面中，CDS單元產生列的調制信號，當來自該列的復位信號和視頻信號之間的差值響應于斜坡信號而達到參考電平時所述列的調制信號被激活，并產生具有與所述列色彩相同的下一列的調制信號，當按照先前產生的調制信號的激活，該下一列的復位信號和視頻信號之間的差值響應于斜坡信號而達到參考電平時，該下一列的調制信號被激活。
在本發(fā)明的另一個方面中，CDS單元產生分別對應于與復位信號或視頻信號數(shù)目一樣多的相鄰行的調制信號組，并把調制信號組中最終被激活的調制信號的脈沖寬度相加。數(shù)字信號輸出電路根據(jù)和值產生相應的數(shù)字信號，所述相鄰行具有與被選擇的行相同的圖案。
數(shù)字信號輸出電路把從調制信號組中最終被激活的調制信號產生的數(shù)字信號相加，所述調制信號組對應于與復位信號或視頻信號數(shù)目一樣多的相鄰的行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于驅動固態(tài)圖像感應設備的方法，包括在APS陣列中的選擇行中產生各列的復位信號和視頻信號，在APS陣列中，像素以二維矩陣形式設置；接收來自相同色彩的相鄰列的復位信號；接收來自產生復位信號的像素的視頻信號；產生分別對應于復位信號和視頻信號之間的差值的調制信號，以根據(jù)先前調制信號的激活來激活每個調制信號；以及根據(jù)當調制信號中最終被激活的調制信號的邏輯狀態(tài)變化時的時刻產生相應的數(shù)字信號。


通過參照附圖詳細描述其示例性的實施例，本發(fā)明上面的和其它的特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見，其中圖1是常規(guī)CIS型固態(tài)圖像感應設備的方塊圖；圖2是在圖1的模擬-數(shù)字轉換器中包含的CDS單元的電路圖；圖3是解釋圖2的CDS單元操作的時序圖；圖4是依照本發(fā)明實施例的固態(tài)圖像感應設備的方塊圖；圖5圖解了圖4的APS陣列的色彩圖案；圖6是構成圖4中APS陣列的單位像素電路的電路圖；圖7是構成圖4中模擬-數(shù)字轉換單元的CDS單元的電路圖；圖8是解釋圖7中CDS單元操作的時序圖；圖9是解釋圖7的CDS單元中列間模擬域信號之加和的時序圖；以及圖10是構成圖4的模擬-數(shù)字轉換單元的數(shù)字信號輸出電路的方塊圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中顯示了本發(fā)明的示例性實施例。然而，可以以許多不同的形式實施本發(fā)明，而不能把本發(fā)明解釋為限于這里列出的實施方案；而是，提供這些實施方案是為了使本發(fā)明詳細和完整，并將本發(fā)明的概念全面?zhèn)鬟_給本領域的技術人員。在附圖中，相同的參考標號指代相同的元件。
圖4是依照本發(fā)明實施方案的CMOS圖像傳感器(CIS)型固態(tài)圖像感應設備200的方塊圖。固態(tài)圖像感應設備200包括有源像素傳感器(APS)陣列210、行驅動器220和模擬-數(shù)字轉換單元230。模擬-數(shù)字轉換單元230包括相關雙采樣(CDS)單元231和數(shù)字信號輸出電路232。
設置在蜂窩電話、數(shù)字靜態(tài)照相機或類似設備中的CIS型固態(tài)圖像感應設備200捕獲圖像并將圖像轉換成電信號，以輸出數(shù)字視頻信號。
APS陣列210使用由行驅動器220產生的控制信號TX、復位控制信號RX和用于選擇APS陣列210的行的行選擇信號SEL來從所選擇行的像素產生各列的復位信號VRES和視頻信號VSIG。模擬-數(shù)字轉換單元230從在APS陣列210中產生的復位信號VRES和視頻信號VSIG來產生與所捕獲的圖像對應的數(shù)字色彩信號R，G和B。產生的數(shù)字色彩信號R，G和B插入隨后的處理器中，然后在顯示器，如液晶顯示器(LCD)上顯示。
圖5圖解了圖4的APS陣列210的色彩圖案。APS陣列210使用光電二極管感應外部光并將所感應到的光轉換成電信號，從而輸出相應的視頻信號。光電二極管分別設置在以二維矩陣形式設置在APS陣列210中的像素中。假定APS陣列210的色彩過濾器圖案具有圖5中所示的拜爾圖案。在由在連續(xù)的行選擇信號SEL1，SEL2，SEL3，......中相應的行選擇信號所選擇的行中產生第一和第二色彩信號G和B，在由相應的行選擇信號選擇的另一行中產生第一色彩信號G和第三色彩信號R。這樣，交替重復產生色彩信號。在可選擇的實施方案中，像素陣列圖案不限于拜爾圖案，而是可具有各種形式。
圖6是構成圖4中APS陣列210的單位像素電路210的電路圖。為了從APS陣列210中的每個像素產生相應的色彩信號，構成APS陣列210的單位像素電路600響應于復位控制信號RX在通過行選擇信號SEL選擇的行中產生復位信號VRES，并響應于轉移控制信號TX從光電二極管PD產生光電轉換的視頻信號VSIG。
例如，單位像素電路600包括四個MOSFET M1，M2，M3和M4和單個光電二極管PD。當行選擇信號SEL激活到邏輯高狀態(tài)時，通過源極跟隨器M3的源極輸出響應于復位控制信號RX而從電源VDD傳輸?shù)墓?jié)點FD1處的電壓。通過源極跟隨器M3的源極輸出的節(jié)點FD1處的電壓作為晶體管M1的源極與偏壓電路CS1之間的復位信號VRES而輸出到CDS單元231。當轉移控制信號TX激活到邏輯高狀態(tài)時，復位控制信號RX在邏輯低狀態(tài)中，且來自光電二極管PD的光電轉換的視頻信號VSIG輸出到晶體管M1的源極與偏壓電路CS1之間的CDS單元231。
CDS單元231產生分別對應于各列的復位信號VRES和視頻信號VSIG之間的差值的調制信號。在本實施方案的固態(tài)圖像感應設備中，CDS單元231在子采樣模式中產生與降低的分辨率的組中模擬視頻信號之和對應的模擬調制信號。數(shù)字信號輸出電路232將模擬調制信號轉換成對應的數(shù)字信號。
圖7是構成圖4的模擬-數(shù)字轉換單元的CDS單元231的電路圖。參照圖7，CDS單元231包括在控制器的控制下對于各列共同切換的開關S2、在控制器和先前列的調制信號的控制下切換的開關S11，S12，S13和S14、和分別產生各列的調制信號的CDS電路241，242，243和244。
開關S2響應于控制器的控制信號來切換，從而分別給CDS電路241，242，243和244輸出斜坡信號VRAMP。開關S11，S12，S13和S14響應于控制器的控制信號來切換，從而分別給CDS電路241，242，243和244輸出分別在選擇行的列中產生的復位信號VRES和視頻信號VSIG。
每個CDS電路241，242，243和244都包括第一電容器C1、第二電容器C2、第三電容器C3、第一放大器A1、第二放大器A2、第三開關S3和第四開關S4。第一電容器C1連接在從APS陣列210轉移相應的復位信號VRES和視頻信號VSIG的開關S11，S12，S13或S14的輸出端與第一放大器A1的輸入端VIN1，VIN2，VIN3或VIN4之間。第二電容器C2連接在轉移斜坡信號VRAMP的開關S2的輸出端與開關S11，S12，S13或S14的輸出端之間。第三電容器C3連接在第一放大器A1的輸出端與第二放大器A2的輸入端之間。第一放大器A1將輸入到其中的信號與參考電平VREF作比較并放大比較的結果。第二放大器A2放大輸入到其中的信號，以使其穩(wěn)定。第三開關S3連接在第一放大器A1的輸入端與輸出端之間，第四開關S4連接在第二放大器A2的輸入端與輸出端之間。當通過開關S11，S12，S13或S14從APS陣列210傳輸復位信號VRES時，第三和第四開關S3和S4短路，從而分別復位放大器A1和A2。第三電容器C3、第二放大器A2和第四開關S4是用于穩(wěn)定第一放大器A1的輸出信號的任選元件。
圖7圖解了由對應于相同色彩的四列(奇數(shù)列或偶數(shù)列)的四個CDS電路241，242，243和244組成的CDS單元231，從而實現(xiàn)1/4分辨率的子采樣模式。在圖7中，只顯示了1/4分辨率的一組CDS電路241，242，243和244，省略了其它的CDS電路組。省略的其它CDS電路組的操作與CDS電路241，242，243和244組的操作相同。對于1/2分辨率，使用對應于兩列的CDS電路組。這樣，對于各種降低的分辨率，如1/3，1/5，1/6分辨率，可以以各種形式將CDS電路分組。
當接通CDS電路241，242，243和244每一個的第三開關S3時，來自APS陣列210的復位信號VRES通過開關S11，S12，S13或S14傳送給第一電容器C1。當斷開第三開關S3時，來自APS陣列210的視頻信號VSIG通過開關S11，S12，S13或S14傳送給第一電容器C1。因此，CDS電路241，242，243和244產生各列的復位信號VRES和視頻信號VSIG之間的差值并且分別產生調制信號OUT(輸出)1，OUT2，OUT3和OUT4，當差值響應于斜坡信號VRAMP而達到參考電平VREF時，所述調制信號OUT1，OUT2，OUT3和OUT4被激活。
在除了子采樣模式之外的正常模式中，開關S11，S12，S13和S14響應于控制器的控制信號而單獨操作。因此，CDS電路241，242，243和244在正常模式中產生調制信號OUT1，OUT2，OUT3和OUT4。數(shù)字信號輸出電路232將模擬調制信號OUT1，OUT2，OUT3和OUT4轉換成相應的數(shù)字信號。
然而，在子采樣模式中，CDS電路241，242，243和244產生對應于各列的視頻信號之和的模擬調制信號。就是說，子采樣模式中開關S11，S12，S13和S14的操作與它們在總體模式中的操作不同。當它們開始從APS陣列210接收視頻信號VSIG時，接通每個開關S11，S12，S13和S14。然而，通過在CDS電路241中產生的調制信號OUT1來控制開關S12，通過在CDS電路242中產生的調制信號OUT2控制開關S13，通過在CDS電路243中產生的調制信號OUT3控制開關S14。因而，四列視頻信號之和反映在CDS電路244中產生的模擬調制信號OUT4上。數(shù)字信號輸出電路232將模擬調制信號OUT4轉換成相應的數(shù)字信號。因此，可實現(xiàn)1/4分辨率的子采樣。
現(xiàn)在將參照圖8和9更加詳細地解釋圖7中CDS單元231的操作。圖8是解釋圖7中CDS單元231操作的時序圖，圖9是解釋CDS單元231中列間模擬信號加和的時序圖。
參照圖8，全部接通開關S11，S12，S13和S14，在時刻(1)，采樣各列的復位信號VRES。這里，也接通開關S2，S3和S4，以將電容器C1，C2和C3以及放大器A1和A2復位。因此，CDS電路241，242，243和244接收相同色彩的四列復位信號，并分別存儲對應于電容器C 1中復位信號的電荷。
在時刻(2)，接通開關S2，S11，S12，S13和S14，以從產生復位信號的像素采樣視頻信號。因此，對應于復位信號VRES和視頻信號VSIG之間的差值的電荷分別存儲在各個CDS電路241，242，243和244的電容器C1中。當復位信號VRES和視頻信號VSIG分別輸入到CDS電路241，242，243和244中且對應于復位信號VRES和視頻信號VSIG之間差值的電荷分別存儲在各個CDS電路241，242，243和244的電容器C1中時，激活斜坡信號VRAMP，使其逐漸增加到時刻(3)的預定電平。各個CDS電路241，242，243和244的第一放大器A1分別響應于通過開關S2傳輸?shù)男逼滦盘朧RAMP而產生相應列的調制信號(參照圖9)，所述相應列的調制信號當?shù)谝环糯笃鰽1的輸入端VIN1，VIN2，VIN3和VIN4的電壓電平達到參考電平VREF時被激活。
然而，各個CDS電路241，242，243和244的第一放大器A1非同時地輸出響應于斜坡信號VRAMP而增加的電壓，因為開關S11，S12，S13和S14在不同時刻斷開。首先，開關S11在時刻(3)斷開，因而CDS電路241的第一放大器A1的輸入端VIN1的電壓電平響應于通過開關S2傳輸?shù)男逼滦盘朧RAMP而逐漸增加，其中所述電壓電平具有對應于相應的復位信號VRES和相應的視頻信號VSIG之間差值的值。CDS電路241的第一放大器A1將其輸入端VIN1的電壓電平與參考電平VREF作比較并產生(N+1)列的調制信號OUT1，當輸入端VIN1的電壓電平達到參考電平VREF時所述(N+1)列的調制信號OUT1被激活。
因此，當在CDS電路241中產生的(N+1)列的調制信號OUT1被激活時斷開開關S12。然后，CDS電路242的第一放大器A1響應于通過開關S2傳輸?shù)男逼滦盘朧RAMP而產生(N+3)列的調制信號OUT2，當CDS電路242的第一放大器A1的輸入端VIN2的電壓電平達到參考電平VREF時所述(N+3)列的調制信號OUT2被激活。
隨后，當在CDS電路242中產生的(N+3)列的調制信號OUT2被激活時斷開開關S13。因此，CDS電路243的第一放大器A1響應于通過開關S2傳輸?shù)男逼滦盘朧RAMP而產生(N+5)列的調制信號OUT3，當CDS電路243的第一放大器A1的輸入端VIN3的電壓電平達到參考電平VREF時所述(N+5)列的調制信號OUT3被激活。當在CDS電路243中產生的(N+5)列的調制信號OUT3被激活時斷開開關S14。然后，CDS電路244的第一放大器A1響應于通過開關S2傳輸?shù)男逼滦盘朧RAMP而產生(N+7)列的調制信號OUT4，當CDS電路244的第一放大器A1的輸入端VIN4的電壓電平達到參考電平VREF時所述(N+7)列的調制信號OUT4被激活。
如上所述，CDS電路241，242，243和244根據(jù)先前調制信號的激活來激活調制信號，從而產生對應于復位信號和視頻信號之間差值的調制信號。在子采樣模式中，CDS電路241，242，243和244中產生的所有調制信號都沒有被轉換成數(shù)字信號。四列視頻信號之和反映在CDS電路244中產生的調制信號OUT4上，且數(shù)字信號輸出電路232只將模擬調制信號OUT4轉換成相應的數(shù)字信號。因此，可實現(xiàn)1/4分辨率的子采樣。
圖10是構成圖4模擬-數(shù)字轉換單元的數(shù)字信號輸出電路232的方塊圖。參照圖10，數(shù)字信號輸出電路232包括計數(shù)器251和鎖存器252。當斜坡信號VRAMP升高時計數(shù)器251開始計數(shù)，并給鎖存器252輸出計數(shù)值，所述計數(shù)值對應于當每個CDS電路中產生調制信號的邏輯狀態(tài)時的時刻。鎖存器252存儲并輸出從計數(shù)器251接收的計數(shù)值。在本實施方案的固態(tài)圖像感應設備中，特別地，基于當最終被激活的調制信號OUT4的邏輯狀態(tài)按照子采樣的先前調制信號OUT1，OUT2和OUT3的激活而改變時的時刻，數(shù)字信號輸出電路232產生相應的數(shù)字信號。這里，復位信號和視頻信號之間的差值之和反映在當調制信號OUT4的邏輯狀態(tài)改變時的時刻，如上所述。
利用CDS單元231的基本操作，使用相同色彩的N×N像素的模擬視頻信號或數(shù)字視頻信號的加和，能夠增加在數(shù)字輸出信號上反映視頻信號的速率，從而減小SNR畸變。
具體地說，為了使用來自相同色彩的N×N像素的視頻信號的模擬加和，CDS單元231可產生分別對應于相鄰行的調制信號組，所述相鄰行與在所選擇行中相同色彩的列中產生的復位信號或視頻信號的數(shù)目一樣多。相鄰行具有與所選擇行相同的圖案。這里，在產生的調制信號組中，CDS單元231可執(zhí)行最終被激活的調制信號的脈沖寬度的模擬加和，如圖8和9中所示。當數(shù)字信號輸出電路232將該和轉換成相應的數(shù)字信號時，使用來自相同色彩的N×N像素的視頻信號可獲得1/N分辨率的子采樣。
此外，為了使用來自相同色彩的N×N像素的視頻信號的數(shù)字加和，數(shù)字信號輸出電路232可產生對應于在調制信號組中最終被激活的調制信號的數(shù)字信號，并存儲該數(shù)字信號，其中所述調制信號組對應于相鄰行，所述相鄰行與在所選擇行中相同色彩的列中產生的復位信號或視頻信號的數(shù)目一樣多。當數(shù)字信號輸出電路232把對應于最終被激活的調制信號的數(shù)字信號相加并輸出該加和的信號時，使用來自相同色彩的N×N像素的視頻信號可獲得1/N分辨率的子采樣。
如上所述，在依照本發(fā)明的CIS型固態(tài)圖像感應設備200中，CDS單元231接收來自APS陣列210的相同色彩的相鄰列的復位信號，并接收來自產生復位信號的像素的視頻信號，并產生分別對應于復位信號和視頻信號之間差值的調制信號。當激活先前的調制信號或響應于其時，激活每個調制信號。根據(jù)當在調制信號中被最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)改變時的時刻，數(shù)字信號輸出電路232產生相應的數(shù)字信號。
通過以與CCD中電荷加和相似的方式使用所有列或行的視頻信號，而不丟棄任何視頻信號，來在子采樣模式中操作依照本發(fā)明的CIS型固態(tài)圖像感應設備。這增加了視頻信號電平，從而減小了SNR畸變并降低了在顯示器上出現(xiàn)的混疊噪聲(aliasing noise)。因此，本發(fā)明的CIS型固態(tài)圖像感應設備可用于移動系統(tǒng)，如蜂窩電話、數(shù)字靜態(tài)照相機等，從而在運動圖像顯示或預覽的情況中提高子采樣的顯示質量。
盡管參照示例性的實施方案具體顯示和描述了本發(fā)明，但本領域普通技術人員應當理解，在不脫離由下面權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式上和細節(jié)上作各種修改。
相關申請的交叉引用根據(jù)35U.S.C.§119，本申請要求2005年3月9日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2005-0019572號的外國優(yōu)先權，其內容在這里整體結合作為參考。
權利要求
1.一種固態(tài)圖像感應設備，包括有源像素傳感器(APS)陣列，其中像素以二維矩陣形式設置，所述APS陣列產生所選擇行中各列的復位信號和視頻信號；相關雙采樣(CDS)單元，接收來自相同色彩的相鄰列的復位信號，接收來自產生復位信號的像素的視頻信號，以及產生分別與復位信號和視頻信號之間的差值對應的調制信號，以根據(jù)先前調制信號的激活來激活每個調制信號；以及數(shù)字信號輸出電路，根據(jù)當調制信號中最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)改變時的時刻來產生相應的數(shù)字信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，當最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)改變時的時刻對應于相同色彩的復位信號和視頻信號之間的差值之和。
3.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，所述CDS單元產生列的調制信號，當來自所述列的復位信號和視頻信號之間的差值響應于斜坡信號而達到參考電平時所述列的調制信號被激活，并且所述CDS單元產生具有與所述列的色彩相同的下一列的調制信號，當根據(jù)先前產生的調制信號的激活，所述下一列的復位信號和視頻信號之間的差值響應于斜坡信號而達到參考電平時，所述下一列的調制信號被激活。
4.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，所述CDS單元產生分別對應于與復位信號或視頻信號的數(shù)目一樣多的相鄰行的調制信號組，并把調制信號組中最終激活的調制信號的脈沖寬度相加，所述數(shù)字信號輸出電路根據(jù)該加和的值而產生相應的數(shù)字信號，所述相鄰行具有與所選擇的行相同的圖案。
5.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，所述數(shù)字信號輸出電路把從調制信號組中最終激活的調制信號產生的數(shù)字信號相加，所述調制信號組對應于與復位信號或視頻信號的數(shù)目一樣多的相鄰的行。
6.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，所述固態(tài)圖像感應設備為CIS型。
7.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，所述APS陣列具有拜爾圖案像素結構。
8.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，所述CDS單元包括第一開關，傳送斜坡信號；第二開關，傳送復位信號和視頻信號；以及CDS電路，產生復位信號和視頻信號之間的差值并產生調制信號，當所述差值分別響應于斜坡信號而達到參考電平時所述調制信號被激活，所述CDS電路包含在各列中，當在先前列中產生的調制信號被激活時斷開第二開關。
9.根據(jù)權利要求8所述的固態(tài)圖像感應設備，其中，每個所述CDS電路包括第一電容器，連接在第二開關的輸出端與第一節(jié)點之間；第二電容器，連接在第二開關的輸出端與第一開關的輸出端之間；放大器，將第一節(jié)點的信號與參考電平作比較，并將比較的結果放大；以及第三開關，連接在第一節(jié)點與放大器的輸出端之間，當所述第三開關接通時將相應的復位信號傳送到第一電容器，當所述第三開關斷開時將相應的視頻信號傳送到第一電容器。
10.一種驅動固態(tài)圖像感應設備的方法，包括在APS陣列中的所選擇行中產生各列的復位信號和視頻信號，在所述APS陣列中像素以二維矩陣形式設置；接收來自相同色彩的相鄰列的復位信號；接收來自產生復位信號的像素的視頻信號；產生分別與復位信號和視頻信號之間差值對應的調制信號，以根據(jù)先前調制信號的激活來激活每個調制信號；以及根據(jù)當調制信號中最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)改變時的時刻來產生相應的數(shù)字信號。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，當所述最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)改變時的時刻對應于相同色彩的復位信號和視頻信號之間的差值之和。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，產生調制信號包括產生列的調制信號，當來自所述列的復位信號和視頻信號之間的差值響應于斜坡信號而達到參考電平時所述列的調制信號被激活；以及產生具有與所述列相同色彩的下一列的調制信號，當按照先前產生的調制信號的激活，所述下一列的復位信號和視頻信號的差值響應于斜坡信號而達到參考電平時，所述下一列的調制信號被激活。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括產生分別對應于與復位信號或視頻信號的數(shù)目一樣多的相鄰行的調制信號組，所述相鄰行具有與所選擇行相同的圖案；將調制信號組中最終激活的調制信號的脈沖寬度相加；以及根據(jù)所加和的值產生相應的數(shù)字信號。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括把從調制信號組中最終激活的調制信號產生的數(shù)字信號相加，所述調制信號組對應于與復位信號或視頻信號的數(shù)目一樣多的相鄰的行。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述固態(tài)圖像感應設備為CIS型。
16.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，所述APS陣列具有拜爾圖案像素結構。
17.一種圖像感應設備，包括有源像素感應裝置，具有以二維矩陣設置的像素，用于產生所選擇行中各列的復位信號和視頻信號；相關雙采樣裝置，與有源像素感應裝置信號通信，用于接收來自相同色彩的相鄰列的復位信號，接收來自產生復位信號的像素的視頻信號，以及產生分別與復位信號和視頻信號之間的差值對應的多個調制信號，以響應于先前調制信號來激活多個調制信號中每個的隨后的一個；以及數(shù)字信號輸出裝置，與相關雙采樣裝置信號通信，用于響應于當多個調制信號中最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)改變時的時刻來產生相應的數(shù)字信號。
18.根據(jù)權利要求17所述的圖像感應設備，其中，所述相關雙采樣裝置被設置用于產生第一列的調制信號，當來自所述第一列的復位信號和視頻信號之間的差值響應于斜坡信號而達到參考電平時所述第一列的調制信號被激活，并且所述相關雙采樣裝置用于產生下一相同色彩列的調制信號，當所述下一相同色彩列的復位信號和視頻信號的差值響應于斜坡信號和第一列調制信號的激活而達到參考電平時，所述下一相同色彩列的調制信號被激活。
19.根據(jù)權利要求18所述的圖像感應設備，所述相關雙采樣裝置包括第一開關，設置為用于傳送斜坡信號；第二開關，設置為用于傳送復位信號和視頻信號；以及多個相關雙采樣電路，設置為用于產生復位信號和視頻信號之間的差值并產生調制信號，當所述差值分別響應于斜坡信號而達到參考電平時所述調制信號被激活，所述相關雙采樣電路包含在各列中，當在先前列中產生的調制信號被激活時斷開第二開關。
20.根據(jù)權利要求19所述的圖像感應設備，其中，多個相關雙采樣電路的每一個包括第一電容器，連接在第二開關的輸出端與第一節(jié)點之間；第二電容器，連接在第二開關的輸出端與第一開關的輸出端之間；放大器，把第一節(jié)點的信號與參考電平作比較并將比較的結果放大；以及第三開關，連接在第一節(jié)點與放大器的輸出端之間，當?shù)谌_關接通時將相應的復位信號傳送到第一電容器，當?shù)谌_關斷開時將相應的視頻信號傳送到第一電容器。
21.根據(jù)權利要求17所述的圖像感應設備，還包括第一產生器裝置，用于在APS陣列中產生所選擇行中各列的復位信號和視頻信號，在所述APS陣列中像素以二維矩陣形式設置；第一接收器裝置，用于接收來自相同色彩的相鄰列的復位信號；第二接收器裝置，用于接收來自產生復位信號的像素的視頻信號；第二產生器裝置，用于產生分別與復位信號和視頻信號之間差值對應的調制信號，以根據(jù)先前調制信號的激活來激活每個調制信號；以及第三產生器裝置，用于根據(jù)當調制信號中最終激活的調制信號的邏輯狀態(tài)改變時的時刻來產生相應的數(shù)字信號。
全文摘要
提供了一種固態(tài)圖像感應設備和使用列間模擬域信號加和進行子采樣的方法，其中，在固態(tài)圖像感應設備中，CDS單元接收來自APS陣列中相同色彩的相鄰列的復位信號，接收來自產生復位信號的像素的視頻信號，并產生分別對應于復位信號和視頻信號之間差值的調制信號，根據(jù)先前調制信號的激活來激活所述調制信號，數(shù)字信號輸出電路根據(jù)最終的調制信號來產生相應的數(shù)字信號，所述最終的調制信號對應于調制信號中列間模擬視頻信號之和。
文檔編號H04N5/378GK1838741SQ200610079368
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權日2005年3月9日
發(fā)明者林秀憲 申請人:三星電子株式會社