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圖像傳感器及其操作方法和包括該圖像傳感器的系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7796123閱讀:174來源:國知局
圖像傳感器及其操作方法和包括該圖像傳感器的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圖像傳感器及其操作方法和包括該圖像傳感器的系統(tǒng)。一種操作圖像處理系統(tǒng)的方法包括:存儲第一模擬像素信號和第二模擬像素信號之間的差,并將存儲的差轉(zhuǎn)換為1比特數(shù)字信號,所述第一模擬像素信號從多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng)。
【專利說明】圖像傳感器及其操作方法和包括該圖像傳感器的系統(tǒng)
[0001]本申請要求在2013年I月24日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第10-2013-0007874號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán),所述專利申請的公開內(nèi)容通過引用完整地合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及使用所述圖像傳感器的裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]CMOS圖像傳感器是使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的固態(tài)圖像感測裝置。CMOS圖像傳感器與可包括高電壓模擬電路的電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器相比具有較低的制造成本、較小的尺寸并消耗較少的功率。
[0004]近年,隨著CMOS圖像傳感器性能的提高,CMOS圖像傳感器已被廣泛用于包括便攜式裝置的各種電子產(chǎn)品(諸如智能電話或數(shù)碼相機(jī))中。
[0005]在功耗需要盡可能減小的移動裝置領(lǐng)域中,已積極進(jìn)行對減小CMOS圖像傳感器的功耗的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例被定向?yàn)橐环N操作圖像處理系統(tǒng)的方法。
[0007]根據(jù)示例實(shí)施例,所述方法包括:存儲多個第一模擬像素信號和多個第二模擬像素信號之間的差,所述多個第一模擬像素信號從多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述多個第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng);以及將存儲的差轉(zhuǎn)換為多個I比特數(shù)字信號。
[0008]根據(jù)示例實(shí)施例,該操作方法還可包括:通過使用所述多個I比特數(shù)字信號來識別前一幀和當(dāng)前幀之間的對象的運(yùn)動。
[0009]根據(jù)不例實(shí)施例,第一模擬像素信號中的每一個可對應(yīng)于在前一巾貞期間在所述多個像素中的每一個像素中累積的光電荷的電荷量,第二模擬像素信號中的每一個可對應(yīng)于在當(dāng)前幀期間在所述多個像素中的每一個像素中累積的光電荷的電荷量。根據(jù)示例實(shí)施例,從所述多個像素中的一個像素輸出的第一模擬像素信號和從該一個像素輸出的第二模擬像素信號可在當(dāng)前幀期間被依次輸出。
[0010]根據(jù)示例實(shí)施例,該操作方法還可包括:基于第一模擬像素信號中的每一個對包括在圖像處理系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路執(zhí)行自動調(diào)零。根據(jù)示例實(shí)施例,在自動調(diào)零操作之后,第二模擬像素信號中的每一個可從所述多個像素中的每一個像素輸出。
[0011]根據(jù)示例實(shí)施例,該操作方法還可包括:在存儲之前,在包括在像素陣列中的所有像素中選擇包括多個像素的激活像素組。
[0012]根據(jù)示例實(shí)施例,包括在激活像素組中的多個像素可以彼此相鄰。根據(jù)示例實(shí)施例,激活像素組可位于像素陣列的邊緣。根據(jù)示例實(shí)施例,包括在激活像素組中的多個像素可以彼此不相鄰。[0013]本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例被定向?yàn)橐环N圖像傳感器,所述圖像傳感器包括:像素陣列,包括多個像素;像素信號差存儲電路,存儲多個第一模擬像素信號中的每一個和多個第二模擬像素信號中的每一個之間的差,所述多個第一模擬像素信號從所述多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述多個第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng);以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,將存儲的差中的每一個轉(zhuǎn)換為多個I比特數(shù)字信號中的每一個。
[0014]根據(jù)示例實(shí)施例,像素信號差存儲電路可包括:多個耦合電容器,每一個耦合電容器存儲所述差中的每一個。
[0015]根據(jù)示例實(shí)施例,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括多個比較器,所述多個比較器中的每一個比較器將存儲的差中的每一個與參考電壓進(jìn)行比較,并根據(jù)比較的結(jié)果輸出所述多個I比特數(shù)字信號中的每一個。
[0016]根據(jù)示例實(shí)施例,所述多個耦合電容器中的每一個可基于所述差中的每一個調(diào)節(jié)所述多個比較器的每個比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓,所述多個比較器中的每一個可將調(diào)節(jié)的比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓和參考電壓進(jìn)行比較。
[0017]根據(jù)示例實(shí)施例,所述圖像傳感器還可包括:第一初始化開關(guān),每個第一初始化開關(guān)連接在所述多個比較器中的每一個的比較值輸入節(jié)點(diǎn)和所述多個比較器中的每一個的第一輸出節(jié)點(diǎn)之間。隨著第一初始化開關(guān)中的每一個被接通,所述多個比較器中的每一個的比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓可被初始化為等于參考電壓。
[0018]根據(jù)示例實(shí)施例,在比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓變得等于參考電壓之后,第一初始化開關(guān)中的每一個被斷開,并且在第一初始化開關(guān)中的每一個被斷開之后,所述多個像素中的每一個可執(zhí)行復(fù)位操作。
[0019]根據(jù)示例實(shí)施例,所述圖像傳感器還可包括:參考電壓供應(yīng)電路,將參考電壓供應(yīng)到所述多個比較器中的每一個的參考值輸入節(jié)點(diǎn)。
[0020]根據(jù)示例實(shí)施例,參考電壓供應(yīng)電路可包括:第二初始化開關(guān),每個第二初始化開關(guān)連接在所述多個比較器中的每一個的第二輸出節(jié)點(diǎn)和所述多個比較器中的每一個的參考值輸入節(jié)點(diǎn)之間,并且隨著第一初始化開關(guān)中的每一個而切換。
[0021]根據(jù)示例實(shí)施例,參考電壓供應(yīng)電路可包括:第一開關(guān)陣列,基于模式選擇信號將斜坡信號和參考電壓之一供應(yīng)到參考值輸入節(jié)點(diǎn)。
[0022]根據(jù)示例實(shí)施例,所述圖像傳感器還可包括:第二開關(guān)陣列,基于模式選擇信號將所述多個I比特數(shù)字信號中的每一個發(fā)送到計數(shù)器或鎖存器。
[0023]根據(jù)示例實(shí)施例,所述圖像傳感器還可包括:功率管理單元,基于模式選擇信號控制供應(yīng)到計數(shù)器或產(chǎn)生斜坡信號的斜坡信號產(chǎn)生器的功率。
[0024]根據(jù)示例實(shí)施例,供應(yīng)到所述多個比較器中的一個比較器的參考電壓可以與供應(yīng)到所述多個比較器中的另一個比較器的參考電壓不同。
[0025]根據(jù)示例實(shí)施例,所述圖像傳感器還可包括:像素信號輸出開關(guān),連接在所述多個像素中的每一個和所述多個耦合電容器中的每一個之間,并控制所述多個第一模擬像素信號中的每一個和所述多個第二模擬像素信號中的每一個的輸出。
[0026]本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例被定向?yàn)橐环N圖像處理系統(tǒng),包括:圖像傳感器;以及圖像信號處理器(ISP),處理從圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù),并識別前一幀和當(dāng)前幀之間的對象的運(yùn)動。所述圖像傳感器可包括:像素陣列,包括多個像素;像素信號差存儲電路,存儲多個第一模擬像素信號中的每一個和多個第二模擬像素信號中的每一個之間的差,所述多個第一模擬像素信號從所述多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述多個第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng);模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,將存儲的差中的每一個轉(zhuǎn)換為多個I比特數(shù)字信號中的每一個;鎖存器塊,基于轉(zhuǎn)換的多個I比特數(shù)字信號輸出圖像數(shù)據(jù)。
[0027]本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例被定向?yàn)橐环N電子裝置。
[0028]根據(jù)示例實(shí)施例,所述電子裝置可包括:圖像傳感器;圖像信號處理器(ISP),處理從圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù),;以及顯示器,用于顯示處理后的圖像數(shù)據(jù)。所述圖像傳感器可包括:像素陣列,包括多個像素;像素信號差存儲電路,存儲多個第一模擬像素信號中的每一個和多個第二模擬像素信號中的每一個之間的差,所述多個第一模擬像素信號從所述多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述多個第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng);模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,將存儲的差中的每一個轉(zhuǎn)換為多個I比特數(shù)字信號中的每一個;鎖存器塊,基于轉(zhuǎn)換的多個I比特數(shù)字信號輸出圖像數(shù)據(jù)。
[0029]至少一個示例實(shí)施例涉及一種圖像傳感器。
[0030]在一個實(shí)施例中,所述圖像傳感器包括:至少一個像素;以及至少一個讀出電路,所述讀出電路被構(gòu)造為輸出I比特數(shù)字信號,所述I比特數(shù)字信號指示第一模擬信號和第二模擬信號之間的差是否大于參考電壓,第一模擬信號表示通過像素感測到的第一幀,第二模擬信號表示通過像素感測到的第二幀,所述讀出電路包括:存儲裝置,被構(gòu)造為存儲第一模擬信號和第二模擬信號之間的差,模數(shù)轉(zhuǎn)換器,被構(gòu)造為將存儲的差轉(zhuǎn)換為I比特數(shù)字信號。
[0031]在一個實(shí)施例中,模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括:比較器,被構(gòu)造為將存儲的差和參考電壓進(jìn)行比較,并將比較的結(jié)果輸出為I比特數(shù)字信號。
[0032]在一個實(shí)施例中,所述至少一個像素包括:光電元件,被構(gòu)造為根據(jù)在第一幀期間在光電元件中累積的光電電荷的量來產(chǎn)生第一模擬信號,并根據(jù)在第二幀期間在光電元件中累積的光電電荷的量來產(chǎn)生第二模擬信號;多個像素開關(guān),被構(gòu)造為選擇性地將第一模擬信號和第二模擬信號提供給存儲裝置。
[0033]在一個實(shí)施例中,模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括:第一開關(guān),被構(gòu)造為選擇性地將比較器的輸入節(jié)點(diǎn)初始化為參考電壓,其中,所述至少一個像素內(nèi)的所述多個像素開關(guān)被構(gòu)造為:在比較器的輸入節(jié)點(diǎn)被初始化為參考電壓之后,將第一模擬信號提供給存儲裝置,以及在比較器的參考節(jié)點(diǎn)被復(fù)位到參考電壓之后,將第二模擬信號提供給存儲裝置,使得存儲在存儲裝置中的值表示第一模擬信號和第二模擬信號之間的差。
[0034]在一個實(shí)施例中,所述圖像傳感器還包括:斜坡信號產(chǎn)生器,被構(gòu)造為在圖像傳感器的操作模式是彩色圖像感測模式的情況下產(chǎn)生斜坡信號;計數(shù)器,被構(gòu)造為在圖像傳感器的操作模式是彩色圖像感測模式的情況下對所述I比特數(shù)字信號在低電平和高電平之間轉(zhuǎn)變所需的時間進(jìn)行計數(shù);開關(guān)陣列,被構(gòu)造為基于圖像傳感器的操作模式選擇性地將斜坡信號和參考電壓之一提供給比較器的參考節(jié)點(diǎn);以及功率管理單元,被構(gòu)造為在圖像傳感器的操作模式是運(yùn)動感測模式的情況下禁用斜坡信號產(chǎn)生器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對實(shí)施例的描述,本總體發(fā)明構(gòu)思的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚和更易于理解,其中:
[0036]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的框圖;
[0037]圖2是根據(jù)圖1中示出的圖像傳感器的示例實(shí)施例的框圖;
[0038]圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖;
[0039]圖4是根據(jù)圖3中示出的控制信號的示例實(shí)施例的時序圖;
[0040]圖5是根據(jù)圖3中示出的控制信號的另一示例實(shí)施例的時序圖;
[0041]圖6是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖;
[0042]圖7是根據(jù)圖6中示出的控制信號的另一示例實(shí)施例的時序圖;
[0043]圖8是根據(jù)另一不例實(shí)施例的圖2中不出的像素和讀出電路的時序圖;
[0044]圖9是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖;
[0045]圖10是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖;
[0046]圖11是圖10中示出的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電路圖;
[0047]圖12是根據(jù)圖11中示出的比較信號的示例實(shí)施例的曲線圖;
[0048]圖13是根據(jù)圖11中示出的比較信號的另一示例實(shí)施例的曲線圖;
[0049]圖14是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素陣列和讀出電路的電路圖;
[0050]圖15是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素陣列和讀出電路的電路圖;
[0051]圖16是描繪根據(jù)圖2中示出的像素陣列的示例實(shí)施例的激活像素組的示圖;
[0052]圖17是描繪根據(jù)圖2中示出的像素陣列的另一示例實(shí)施例的激活像素組的示圖;
[0053]圖18是描繪根據(jù)圖2中示出的像素陣列的另一示例實(shí)施例的激活像素組的示圖;
[0054]圖19是根據(jù)圖1中示出的圖像傳感器的另一示例實(shí)施例的框圖;
[0055]圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的操作圖像傳感器的方法的流程圖;
[0056]圖21是根據(jù)包括圖1中的圖像傳感器的系統(tǒng)的示例實(shí)施例的框圖;
[0057]圖22是根據(jù)包括圖1中的圖像傳感器的系統(tǒng)的另一示例實(shí)施例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]現(xiàn)在將參照附圖在下文中更全面地描述本發(fā)明構(gòu)思,在附圖中示出示例實(shí)施例。然而,這些發(fā)明構(gòu)思可被實(shí)施為多種不同的形式,并且不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的示例實(shí)施例。相反,提供這些示例實(shí)施例使得本公開將是徹底和完整的,并且這些示例實(shí)施例將把本發(fā)明構(gòu)思的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中,為了清楚可夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。相似的標(biāo)號始終表示相似的元件。
[0059]將理解的是,當(dāng)元件被稱為“連接”或“結(jié)合”到另一元件時,其可直接連接或結(jié)合到另一元件或者可以存在中間元件。相反,當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接結(jié)合”到另一元件時,不存在中間元件。如這里使用的,術(shù)語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)列出項(xiàng)中的一個或更多個的任何和所有組合,并可被縮寫為“/”。
[0060]將理解的是,雖然術(shù)語“第一”、“第二”等在這里可用于描述各種元件,但是這些元件不應(yīng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)分一個元件與另一元件。例如,在不脫離本公開的教導(dǎo)的情況下,第一信號可被命名為第二信號,類似地,第二信號可被命名為第一信號。[0061]這里使用的術(shù)語僅是為了描述特定實(shí)施例的目的,不意圖限制本發(fā)明。如這里使用的,單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式,除非上下文另外明確地指示。還將理解的是,術(shù)語“包括”和/或“包含”在本說明書中使用時指定所述特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在,而不排除存在或添加一個或更多個其他特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0062]除非另外定義,否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。還將理解的是,諸如在通用字典中定義的術(shù)語應(yīng)被解釋為具有與在相關(guān)領(lǐng)域和/或本申請的上下文中的含義一致的含義,并將不被解釋為理想化或過于正式化的含義,除非這里清楚地這樣定義。
[0063]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的框圖。
[0064]參照圖1,圖像處理系統(tǒng)10可包括圖像傳感器100、圖像信號處理器(ISP)200、顯示單元205、中央處理單元210和外圍電路220。
[0065]根據(jù)示例實(shí)施例,圖像傳感器100、ISP200和CPU210可被實(shí)施在片上系統(tǒng)中。根據(jù)另一示例實(shí)施例,圖像傳感器100和ISP200可被實(shí)施在多芯片封裝(MCP)或疊層封裝(PoP)中。
[0066]圖像處理系統(tǒng)10可被配置為用作用于獲取對象的顏色信息的顏色傳感器、用于獲取對象的深度信息的深度傳感器和/或用于通過感測對象的運(yùn)動來獲取運(yùn)動信息的運(yùn)動傳感器。
[0067]根據(jù)示例實(shí)施例,當(dāng)圖像傳感器100包括顏色傳感器像素時,圖像傳感器100可根據(jù)從CPU210發(fā)送的模式選擇信號MSEL,基于從每個顏色傳感器像素輸出的像素信號將包括對象的顏色信息的圖像數(shù)據(jù)IDATA或包括對象的運(yùn)動信息的圖像數(shù)據(jù)IDATA發(fā)送到ISP200。
[0068]例如,當(dāng)模式選擇信號MSEL處于第一電平(例如,低電平)時,圖像傳感器100可輸出與運(yùn)動信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA,當(dāng)模式選擇信號MSEL處于第二電平(例如,高電平)時,圖像傳感器100可輸出與顏色信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA,然而,示例實(shí)施例不限于此。
[0069]根據(jù)另一示例實(shí)施例,當(dāng)圖像傳感器100包括深度傳感器像素(例如,渡越時間(TOF)傳感器像素)時,圖像傳感器100可根據(jù)從CPU210發(fā)送的模式選擇信號MSEL,基于從每個深度傳感器像素輸出的像素信號將與對象的深度信息或深度圖像相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA或與對象的運(yùn)動信息或運(yùn)動圖像相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA發(fā)送到ISP200。
[0070]例如,當(dāng)模式選擇信號MSEL處于第一電平(例如,低電平)時,圖像傳感器100可輸出與運(yùn)動信息或運(yùn)動圖像相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA,當(dāng)模式選擇信號MSEL處于第二電平(例如,高電平)時,圖像傳感器100可輸出與深度信息或深度圖像相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA,然而,不限于此。
[0071]根據(jù)示例實(shí)施例,圖像傳感器100可被實(shí)施在單獨(dú)的芯片中。例如,圖像傳感器100可被實(shí)施在CMOS圖像傳感器芯片中。
[0072]ISP200可接收圖像數(shù)據(jù)IDATA,處理接收到的圖像數(shù)據(jù)IDATA,并產(chǎn)生處理后的圖像數(shù)據(jù)IDATA’。根據(jù)示例實(shí)施例,ISP200可根據(jù)模式選擇信號MSEL以不同的方式處理與對象的顏色信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA、與對象的深度信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA或與對象的運(yùn)動信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA。[0073]根據(jù)示例實(shí)施例,當(dāng)ISP200從圖像傳感器100接收到與對象的運(yùn)動信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA時,ISP200可處理關(guān)于光量的改變的信息,并產(chǎn)生指示對象的運(yùn)動的處理后的數(shù)據(jù),即,運(yùn)動數(shù)據(jù)。
[0074]ISP200可校正圖像數(shù)據(jù)IDATA的明暗、對比度和/或色度。ISP200可將處理后的圖像數(shù)據(jù)IDATA’發(fā)送到顯示單元205。
[0075]顯示單元205可表示可顯示處理后的圖像數(shù)據(jù)IDATA’的顯示器。根據(jù)示例實(shí)施例,顯示單元205可被實(shí)施為液晶顯示器(IXD)、發(fā)光二極管(LED)顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器、有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器或柔性顯示器。
[0076]CPU210可分析從外圍電路220發(fā)送的數(shù)據(jù),基于分析的結(jié)果產(chǎn)生模式選擇信號MSEL,并將產(chǎn)生的模式選擇信號MSEL發(fā)送到圖像傳感器100和ISP200。
[0077]外圍電路220可為CPU210提供根據(jù)系統(tǒng)10的狀態(tài)或各種輸入而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
[0078]根據(jù)示例實(shí)施例,外圍電路220可被實(shí)施為輸入接口。在此情況下,執(zhí)行輸入接口的功能的外圍電路220可為CPU210提供根據(jù)用戶的輸入而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。輸入接口可以是諸如按鈕、觸摸屏、鍵盤或鼠標(biāo)的輸入裝置。
[0079]CPU210可基于外圍電路220提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)生模式選擇信號MSEL。根據(jù)另一示例實(shí)施例,外圍電路220可被實(shí)施為應(yīng)用執(zhí)行模塊。在此情況下,外圍電路220可監(jiān)視特定應(yīng)用的執(zhí)行,并將根據(jù)監(jiān)視結(jié)果產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到CPU210。CPU210可基于外圍電路220提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)生模式選擇信號MSEL。特定應(yīng)用可以是相機(jī)驅(qū)動應(yīng)用或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用,然而,示例實(shí)施例不限于此。
[0080]圖2是根據(jù)圖1中示出的圖像傳感器的示例實(shí)施例的框圖。為了便于描述,與圖像傳感器100 —起示出對象I。
[0081]參照圖1和圖2,圖像傳感器100可包括像素陣列24、讀出電路28、時序控制器30和行解碼器34。
[0082]圖像傳感器100可根據(jù)模式選擇信號MSEL產(chǎn)生與對象I的顏色信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA或與對象I的運(yùn)動信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA。根據(jù)示例實(shí)施例,圖像傳感器100可不管模式選擇信號MSEL如何而獲得與對象I的運(yùn)動信息相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)IDATA。
[0083]像素陣列24可包括用于感測從對象I反射的光(例如,可見光線)的多個像素26。讀出電路28可基于從像素陣列24輸出的像素信號產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)IDATA。時序控制器30可基于從CPU210發(fā)送的模式選擇信號MSEL來控制圖像傳感器100的組件,例如,讀出電路28和/或行解碼器34。
[0084]行解碼器34可對從時序控制器30輸出的多個行控制信號(例如,行地址信號)進(jìn)行解碼,并根據(jù)解碼的結(jié)果驅(qū)動包括在像素陣列24中的特定行線。行解碼器34可表示包括用于驅(qū)動行線的行驅(qū)動器的概念。
[0085]圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖。
[0086]參照圖2和圖3,像素26可被實(shí)施為包括四個晶體管的結(jié)構(gòu)。盡管示出像素26具有四個晶體管,但是示例實(shí)施例不限于此。
[0087]光電轉(zhuǎn)換元件26A根據(jù)入射光產(chǎn)生光電荷。光電轉(zhuǎn)換元件26A可被實(shí)施為光電二極管、光電晶體管、光電門或釘扎光電二極管(pro)。
[0088]傳輸晶體管TX響應(yīng)于傳輸控制信號TS將在光電轉(zhuǎn)換兀件26A中產(chǎn)生的光電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)(NFD)。復(fù)位晶體管RX響應(yīng)于復(fù)位信號RS對浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)(NFD)進(jìn)行復(fù)位。選擇晶體管SX可響應(yīng)于選擇信號SEL輸出與光電轉(zhuǎn)換兀件26A產(chǎn)生的光電荷的量相應(yīng)的像素信號PIXl或PIX2。
[0089]根據(jù)圖2中示出的讀出電路28的示例實(shí)施例的讀出電路28A可包括第一耦合電容器CAZ1、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40A以及鎖存器和感測放大器塊50。
[0090]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40A可包括第一初始化開關(guān)SWAZl和比較器42。
[0091]第一耦合電容器CAZl可在第一初始化開關(guān)SWAZl斷開時保持像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI和比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI之間的電壓。
[0092]第一初始化開關(guān)SWAZl可響應(yīng)于切換信號SAZ而接通。隨著第一初始化開關(guān)SWAZl被接通,比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI的電壓可被初始化為與參考電壓VX相同。該初始化可表示自動調(diào)零操作。
[0093]切換信號SAZ可由時序控制器30產(chǎn)生。時序控制器30可基于從CPU (圖1中的210)發(fā)送的模式選擇信號MSEL產(chǎn)生切換信號SAZ。
[0094]比較器42可將通過參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI輸入的參考電壓VX和比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI的電壓進(jìn)行比較,并根據(jù)比較的結(jié)果產(chǎn)生比較信號SC0MP。比較器42可將產(chǎn)生的比較信號SCOMP發(fā)送到鎖存器和感測放大器塊50。
[0095]這里術(shù)語“參考電壓”可不僅表示供應(yīng)到比較器42的參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI的電壓,而且綜合地表示作為當(dāng)比較器42產(chǎn)生比較信號SCOMP時的參考電壓的電壓。
[0096]鎖存器&感測放大器塊50可包括鎖存器(未示出)和感測放大器(未示出)。鎖存器可存儲比較信號SC0MP。感測放大器可感測并放大存儲在鎖存器中的比較信號SC0MP,并將此作為圖像數(shù)據(jù)IDATA輸出。
[0097]將參照圖4和圖5詳細(xì)地描述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40A的操作。
[0098]圖4是根據(jù)圖3中示出的控制信號的示例實(shí)施例的時序圖。
[0099]參照圖3和圖4,響應(yīng)于選擇信號SEL,選擇晶體管SX可在第一時間Tl和第七時間T7之間的區(qū)段(對應(yīng)于當(dāng)前幀)中被導(dǎo)通。
[0100]響應(yīng)于切換信號SAZ,第一初始化開關(guān)SWAZl可從第一時間Tl到第二時間T2被接通。隨著第一初始化開關(guān)SWAZl被接通,可執(zhí)行初始化操作使得比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI的電壓可與參考電壓VX相同。
[0101]由于初始化操作在像素26的復(fù)位操作之前(即,在復(fù)位晶體管RX被導(dǎo)通之前)被執(zhí)行,因此在執(zhí)行初始化操作時在前一幀期間累積的光電荷被保持在像素26的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)NFD中。S卩,從像素26輸出與在執(zhí)行初始化操作時在前一幀期間累積的光電荷的量相應(yīng)的第一像素信號PIX1,并且通過第一像素信號PIXl確定像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI的電壓。
[0102]通過初始化操作在第一耦合電容器CAZl的兩端,出現(xiàn)與第一像素信號PIXl的電壓VPIXl和參考電壓VX之間的差相應(yīng)的電壓差VPIX1-VX。由于第一初始化開關(guān)SWAZl在第二時間T2被斷開,因此第一耦合電容器CAZl的兩端之間的電壓差被保持。
[0103]響應(yīng)于復(fù)位控制信號RS,復(fù)位晶體管RX可從第三時間T3到第四時間T4被導(dǎo)通。隨著復(fù)位晶體管RX被導(dǎo)通,保持在前一幀期間累積的光電荷的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)NFD可被復(fù)位。
[0104]可由光電轉(zhuǎn)換元件26A從第四時間T4到第五時間T5產(chǎn)生與當(dāng)前幀相應(yīng)的光電荷。
[0105]響應(yīng)于傳輸控制信號TS,傳輸晶體管TX可從第五時間T5到第六時間T6被導(dǎo)通。隨著傳輸晶體管TX被導(dǎo)通,在當(dāng)前幀期間產(chǎn)生的光電荷可被傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)NFD。
[0106]在第六時間T6之后,可從像素26輸出與在當(dāng)前幀期間在像素26中累積的光電荷的量相應(yīng)的第二像素信號PIX2。即,第一像素信號PIXl和第二像素信號PIX2均是模擬信號,并且可在當(dāng)前幀期間依次輸出。
[0107]輸出的第二像素信號PIX2被輸入到像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI,并且像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI的電壓等于第二像素信號PIX2的電壓VPIX2。這里,在第二時間T2的電壓差VPIXl-VX被保持在第一耦合電容器CAZl的兩端,使得比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI的電壓可從VX改變?yōu)閂X+ (VPIX2-VPIX1)。即,第一耦合電容器CAZl可存儲第一像素信號PIXl的電壓VPIXl和第二像素信號PIX2的電壓VPIX2之間的差VPIX2-VPIX1。
[0108]第一I禹合電容器CAZl可被描述為可存儲第一像素信號PIXl和第二像素信號PIX2之間的差的像素信號差存儲電路的示例;然而,本發(fā)明構(gòu)思的范圍不限于此。
[0109]比較器42可將通過參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI輸入的參考電壓VX和比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI的電壓VX+VPIX2-VPIX1進(jìn)行比較,并根據(jù)比較的結(jié)果產(chǎn)生比較信號SCOMP。S卩,比較器42可將第一像素信號PIXl的電壓VPIXl和第二像素信號PIX2的電壓VPIX2之間的差VPIX2-VPIX1轉(zhuǎn)換為比較信號SC0MP,其中,比較信號SCOMP是I比特數(shù)字信號。
[0110]這里使用的術(shù)語“參考電壓”可不僅表示供應(yīng)到比較器42的參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI的電壓,例如,VX,而且綜合地表示作為當(dāng)比較器42產(chǎn)生比較信號SCOMP時的參考電壓的電壓,或與第一像素信號PIXl的電壓VPIXl和第二像素信號PIX2的電壓VPIX2之間的差VPIX2-VPIX1進(jìn)行比較參考的電壓,例如,0V。
[0111]例如,當(dāng)當(dāng)前幀的第二像素信號PIX2的電壓VPIX2高于前一幀的第一像素信號PIXl的電壓VPIXl時,比較器42可產(chǎn)生具有高電平的比較信號SC0MP,而當(dāng)?shù)诙袼匦盘朠IX2的電壓VPIX2低于前一幀的第一像素信號PIXl的電壓VPIXl時,比較器42可產(chǎn)生具有低電平的比較信號SCOMP。
[0112]圖5是根據(jù)圖3中示出的控制信號的另一示例實(shí)施例的時序圖。
[0113]參照圖3至圖5,圖5中示出的除了選擇信號SEL之外的控制信號SAZ、RS和TS的時序與圖4中示出的控制信號SAZ、RS和TS的時序基本上相同。
[0114]選擇晶體管SX可在需要輸出像素信號PIXl或PIX2的時間被導(dǎo)通。即,選擇晶體管SX可在第一時間Tl和第二時間T2之間的區(qū)段(其中,像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI的電壓使用與前一幀相應(yīng)的第一像素信號PIXl被初始化)中以及在第七時間T7和第八時間T8之間的區(qū)段(其中,與當(dāng)前幀相應(yīng)的第二像素信號PIX2被輸入到像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI)中被導(dǎo)通。
[0115]圖6是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖。
[0116]參照圖2、圖3和圖6,除了像素信號輸出開關(guān)SWC之外,根據(jù)圖2中示出的讀出電路28的另一示例實(shí)施例的讀出電路28B的結(jié)構(gòu)和操作與圖3中示出的讀出電路28A的結(jié)構(gòu)和操作基本上相同。
[0117]像素信號輸出開關(guān)SWC可連接在像素26和第一耦合電容器CAZl之間。
[0118]時序控制器30可基于模式選擇信號MSEL產(chǎn)生切換信號SC。像素信號輸出開關(guān)SWC可響應(yīng)于由時序控制器30產(chǎn)生的切換信號SC而被切換。以下將參照圖7更詳細(xì)地描述像素信號輸出開關(guān)SWC的詳細(xì)操作。
[0119]圖6中示出的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40B的結(jié)構(gòu)和操作與圖3中示出的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40A的結(jié)構(gòu)和操作基本上相同。
[0120]圖7是根據(jù)圖6中示出的控制信號的另一示例實(shí)施例的時序圖。參照圖4、圖6和圖7,除了切換信號SC之外,圖7中示出的控制信號SEL、SAZ、RS和TS的時序與圖4中示出的控制信號SEL、SAZ、RS和TS的時序基本上相同。
[0121]響應(yīng)于切換信號SC,像素信號輸出開關(guān)SWC可僅在需要輸出像素信號PIXl或PIX2的時間期間被接通。即,像素信號輸出開關(guān)SWC可在第一時間Tl和第二時間T2之間的區(qū)段中以及在第七時間T7和第八時間T8之間的區(qū)段中被接通。
[0122]第一時間Tl和第二時間T2之間的區(qū)段是像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI的電壓使用與前一幀相應(yīng)的第一像素信號PIXl被初始化的區(qū)段。第七時間T7和第八時間T8之間的區(qū)段是與當(dāng)前幀相應(yīng)的第二像素信號PIX2被輸入到像素信號輸入節(jié)點(diǎn)NPI的區(qū)段。
[0123]圖8是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖。
[0124]參照圖2、圖3和圖8,根據(jù)圖2中示出的讀出電路28的另一示例實(shí)施例的讀出電路28C包括第一耦合電容器CAZ1、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40C以及鎖存器和感測放大器塊50。
[0125]與圖3中示出的比較器42不同,包括在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40C中的比較器42’可具有兩個輸出節(jié)點(diǎn)NCOl和NC02,通過該兩個輸出節(jié)點(diǎn)NCOl和NC02中的每一個輸出的輸出值可以彼此互補(bǔ)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40C包括參考電壓供應(yīng)電路40C-1。參考電壓供應(yīng)電路40C-1包括連接在比較器42’的第二輸出節(jié)點(diǎn)NC02和參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI之間的第二初始化開關(guān)SWAZ2。第二初始化開關(guān)SWAZ2和第一初始化開關(guān)SWAZl可通過切換信號SAZ被一起切換。
[0126]參考電壓供應(yīng)電路40C-1可包括連接在電源VX和參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI之間的第二耦合電容器CAZ2。
[0127]當(dāng)執(zhí)行初始化操作時,隨著第一初始化開關(guān)SWAZl和第二初始化開關(guān)SWAZ2被一起接通,參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI和比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI可被初始化為任意電壓值。在此情況下,所述任意電壓可以是參考電壓。
[0128]圖9是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖。
[0129]參照圖2、圖3和圖9,根據(jù)圖2中示出的讀出電路28的另一示例實(shí)施例的讀出電路28D包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40D、鎖存器和感測放大器塊50、計數(shù)器60和第二開關(guān)陣列62。
[0130]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40D可包括斜坡信號產(chǎn)生器44和第一開關(guān)陣列46。斜坡信號產(chǎn)生器44可產(chǎn)生斜坡信號,并將產(chǎn)生的斜坡信號供應(yīng)到參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI。第一開關(guān)陣列46可包括開關(guān)SWl和SW2,并響應(yīng)于切換信號SE和/SE將斜坡信號和參考電壓VSS中的一個供應(yīng)到參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI。
[0131]根據(jù)不例實(shí)施例,第一開關(guān)陣列46可根據(jù)由時序控制器30基于模式選擇信號MSEL產(chǎn)生的切換信號SE和/SE將斜坡信號供應(yīng)到參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI,以在傳統(tǒng)的彩色圖像感測模式下操作圖1的圖像傳感器100。
[0132]根據(jù)另一示例實(shí)施例,第一開關(guān)陣列46可根據(jù)由時序控制器30基于模式選擇信號MSEL產(chǎn)生的切換信號SE和/SE將參考電壓VSS供應(yīng)到參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI,以在運(yùn)動感測模式下操作圖1的圖像傳感器100。
[0133]計數(shù)器60可響應(yīng)于時鐘信號(未示出)對比較信號SCOMP的電平轉(zhuǎn)變時間進(jìn)行計數(shù)。
[0134]第二開關(guān)陣列62可包括開關(guān)SW3和SW4,并響應(yīng)于切換信號SE和/SE將比較信號SCOMP供應(yīng)到計數(shù)器60以及包括在鎖存器和感測放大器塊50中的鎖存器之一。
[0135]根據(jù)示例實(shí)施例,第二開關(guān)陣列62可根據(jù)由時序控制器30基于模式選擇信號MSEL產(chǎn)生的切換信號SE和/SE將比較信號SCOMP供應(yīng)到計數(shù)器60,以在傳統(tǒng)的彩色圖像感測模式下操作圖1的圖像傳感器100。
[0136]根據(jù)另一示例實(shí)施例,第二開關(guān)陣列62可根據(jù)由時序控制器30基于模式選擇信號MSEL產(chǎn)生的切換信號SE和/SE將比較信號SCOMP供應(yīng)到包括在鎖存器和感測放大器塊50中的鎖存器,以在運(yùn)動感測模式下操作圖1的圖像傳感器100。
[0137]功率管理單元70可基于從CPU210發(fā)送的模式選擇信號MSEL控制供應(yīng)到斜坡信號產(chǎn)生器44和計數(shù)器60中的每一個的功率信號PRSG或PCNT。
[0138]根據(jù)示例實(shí)施例,功率管理單元70可通過基于模式選擇信號MSEL控制功率信號PRSG或PCNT來斷開斜坡信號產(chǎn)生器44和計數(shù)器60的功率,以在圖像傳感器感測運(yùn)動時操作圖1的圖像傳感器100。
[0139]根據(jù)另一示例實(shí)施例,功率管理單元70可基于模式選擇信號MSEL激活鎖存器(未示出)的僅I比特,以在圖像傳感器感測運(yùn)動時操作圖1的圖像傳感器100,其中,所述鎖存器包括在鎖存器和感測放大器塊50中并鎖存多個比特。
[0140]根據(jù)另一示例實(shí)施例,當(dāng)使用包括在圖像傳感器100的像素陣列24中的一些像素26感測運(yùn)動時,功率管理單元70可控制對包括在圖像傳感器100中的配置中的除了斜坡信號產(chǎn)生器44和計數(shù)器60之外的用于感測運(yùn)動的不必要部分(例如,讀出電路28的部分和行解碼器34的部分)的功率供應(yīng)。
[0141]根據(jù)功率管理單元70的操作,可減小在圖1的圖像傳感器100中消耗的功率。
[0142]圖10是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素和讀出電路的電路圖。
[0143]參照圖2、圖3和圖10,根據(jù)圖2中示出的讀出電路28的另一示例實(shí)施例的讀出電路28E包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40E以及鎖存器和感測放大器塊50。
[0144]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40E可包括偏移產(chǎn)生電路48。偏移產(chǎn)生電路48可將具有不同值的偏移電壓供應(yīng)到比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI和參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI中的每一個。可使用從偏移產(chǎn)生電路48供應(yīng)的偏移電壓來減小由噪聲導(dǎo)致的誤差。
[0145]將參照圖11至圖13詳細(xì)地描述關(guān)于偏移產(chǎn)生電路48的結(jié)構(gòu)和操作。
[0146]圖11是圖10中示出的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電路圖。圖12是根據(jù)圖11中示出的比較信號的示例實(shí)施例的曲線圖。圖13是根據(jù)圖11中示出的比較信號的另一示例實(shí)施例的曲線圖。
[0147]參照圖10至圖13,偏移產(chǎn)生電路48通過加法器82將第一偏移電壓VOFSl與比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI的電壓相加,并且偏移產(chǎn)生電路48可通過加法器84將第二偏移電壓V0FS2與參考電壓VX相加。加法器84位于參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI。
[0148]參考值輸入節(jié)點(diǎn)NRI和比較值輸入節(jié)點(diǎn)NCI具有根據(jù)偏移電壓VOFSl和V0FS2的偏移電壓差。即,通過偏移電壓差V0FS=V0FS2-V0FS1,可改變作為比較器42的比較參考的參考電壓。
[0149]當(dāng)偏移電壓差具有正值時,比較信號SCOMP具有如圖12中所示的值。例如,當(dāng)與當(dāng)前幀相應(yīng)的第二像素信號PIX2的電壓VPIX2和與前一幀相應(yīng)的第一像素信號PIXl的電壓VPIXl之間的差等于或大于偏移電壓差+ AVOFS時,比較信號SCOMP可處于高電平,而當(dāng)所述差小于偏移電壓差+AVOFS時,比較信號SCOMP可處于低電平。
[0150]即,當(dāng)?shù)诙袼匦盘朠IX2的電壓VPIX2在誤差范圍(例如,+AVOFS)內(nèi)高于第一像素信號PIXl的電壓VPIXl時,比較信號SCOMP可處于低電平。
[0151]當(dāng)偏移電壓差具有負(fù)值時,比較信號SCOMP具有如圖13中所示的值。例如,當(dāng)與當(dāng)前中貞相應(yīng)的第二像素信號PIX2的電壓VPIX2和與前一巾貞相應(yīng)的第一像素信號PIXl的電壓VPIXl之間的差等于或大于偏移電壓差-AVOFS時,比較信號SCOMP可處于高電平,而當(dāng)所述差小于偏移電壓差-Λ VOFS時,比較信號SCOMP可處于低電平。即,當(dāng)?shù)诙袼匦盘枽宝│?的電壓VPIX2在誤差范圍(例如,-AVOFS)內(nèi)小于第一像素信號PIXl的電壓VPIXl時,t匕較信號SCOMP可處于高電平。
[0152]圖14是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素陣列和讀出電路的電路圖。參照圖2、圖10至圖14,根據(jù)圖2中示出的讀出電路28的另一示例實(shí)施例的讀出電路28F可包括多個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,所述多個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-1和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-2。
[0153]第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-1和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-2在結(jié)構(gòu)和操作上與圖11中示出的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40E基本上相同。
[0154]為了便于圖14中的描述,未不出第一稱合電容器CAZ1,然而,第一稱合電容器CAZl可連接在各個像素26-1或26-2與各個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40_1或40_2之間。
[0155]根據(jù)示例實(shí)施例,第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-1的偏移電壓差A(yù)VOFS具有正值,第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-2的偏移電壓差Λ VOFS具有負(fù)值。即,供應(yīng)到包括在第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-1中的比較器的參考電壓可以與供應(yīng)到包括在第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-2中的比較器的參考電壓不同。
[0156]在此情況下,當(dāng)與當(dāng)前幀相應(yīng)的像素信號的電壓在誤差范圍(例如,AV0FS)內(nèi)高于與前一幀相應(yīng)的像素信號的電壓時,第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-1可使第一比較信號SCOMPl處于低電平。
[0157]當(dāng)與當(dāng)前幀相應(yīng)的像素信號的電壓在誤差范圍(例如,- AV0FS)內(nèi)低于與前一幀相應(yīng)的像素信號的電壓時,第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-2可使第二比較信號SC0MP2處于高電平。
[0158]處于高電平的第一比較信號SCOMPl和第二比較信號SC0MP2表示與當(dāng)前幀相應(yīng)的像素信號的電壓低于與前一巾貞相應(yīng)的像素信號的電壓,即,光量減小。
[0159]處于低電平的第一比較信號SCOMPl和處于高電平的第二比較信號SC0MP2表示與當(dāng)前幀相應(yīng)的像素信號的電壓在誤差范圍(例如,-Δ VOFS到+AV0FS)內(nèi)等于與前一幀相應(yīng)的像素信號的電壓,即,光量被保持而未改變。處于低電平的第一比較信號SCOMPl和第二比較信號SC0MP2表不與當(dāng)前巾貞相應(yīng)的像素信號的電壓高于與前一巾貞相應(yīng)的像素信號的電壓,即,光量增加。
[0160]基于第一比較信號SCOMPl和第二比較信號SC0MP2,可從讀出電路28F輸出包括運(yùn)動信息的圖像數(shù)據(jù)IDATA。[0161]圖15是根據(jù)另一示例實(shí)施例的圖2中示出的像素陣列和讀出電路的電路圖。為了便于圖15中的描述,未不出第一I禹合電容器CAZ1,然而,第一f禹合電容器CAZl可連接在像素26-1與各個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40-1或40-2之間。
[0162]參照圖2和圖10至圖15,根據(jù)圖2中示出的讀出電路28的另一示例實(shí)施例的讀出電路28G可執(zhí)行與圖14中示出的讀出電路28F基本上相同的操作,但是讀出電路28G使用僅從一個像素26-1輸出的像素信號。
[0163]圖16是描繪根據(jù)圖2中示出的像素陣列的示例實(shí)施例的激活像素組的示圖。
[0164]圖17是描繪根據(jù)圖2中示出的像素陣列的另一示例實(shí)施例的激活像素組的示圖。圖18是描繪根據(jù)圖2中示出的像素陣列的另一示例實(shí)施例的激活像素組的示圖。
[0165]參照圖2和圖16至圖18,當(dāng)圖2中示出的圖像傳感器100在運(yùn)動感測模式下操作時,可基于模式選擇信號MSEL選擇并操作啟用像素組,所述啟用像素組包括像素陣列24中所包括的多個像素中的將在運(yùn)動感測中使用的像素。
[0166]在圖16的情況下,啟用像素組可位于密集區(qū)域中。即,包括在啟用像素組中的像素可以彼此相鄰。
[0167]在此情況下,通過使用位于密集區(qū)域中的啟用像素組,可增加運(yùn)動感測的靈敏度或分辨率。
[0168]在圖17的情況下,啟用像素組可位于像素陣列24的邊緣。在圖18的情況下,啟用像素組可位于分散區(qū)域中。即,包括在啟用像素組中的像素可以不彼此相鄰。在此情況下,通過使用位于分散區(qū)域中的啟用像素組,可感測更寬范圍內(nèi)的操作。
[0169]圖19是根據(jù)圖1中示出的圖像傳感器的另一示例實(shí)施例的框圖。
[0170]參照圖1、圖2和圖19,根據(jù)圖1中示出的圖像傳感器100的另一示例實(shí)施例的圖像傳感器100’可以是以渡越時間(TOF)方法進(jìn)行操作的圖像傳感器。
[0171]圖像傳感器100’還可包括光源20、紅外線(IR)通過濾波器22、光電門控制器32和光源驅(qū)動器36。
[0172]光源20可根據(jù)光源驅(qū)動器36的控制信號MLS將調(diào)制的光信號(例如,紅外線)發(fā)射到對象I。紅外線通過濾波器22可接收從光源20發(fā)射的光信號,并僅使從對象I反射的光信號通過像素陣列24。像素陣列24可包括多個像素26’。所述多個像素26’中的每個像素可被實(shí)施為TOF傳感器像素。
[0173]光電門控制器32可根據(jù)時序控制器30的控制來產(chǎn)生光電門控制信號,并將產(chǎn)生的光電門控制信號發(fā)送到像素陣列24。
[0174]圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的操作圖像傳感器的方法的流程圖。
[0175]參照圖3和圖20,第一f禹合電容器CAZl可存儲與像素26的前一巾貞相應(yīng)的第一像素信號PIXl和與像素26的當(dāng)前幀相應(yīng)的第二像素信號PIX2之間的差(S10)。
[0176]第一像素信號PIXl可對應(yīng)于在前一巾貞期間在像素26中累積的光電荷的電荷量,第二像素信號PIX2對應(yīng)于在當(dāng)前幀期間在像素26中累積的光電荷的電荷量。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40A可將存儲的差轉(zhuǎn)換為I比特數(shù)字信號(例如,比較信號SC0MP)并輸出結(jié)果(S12)。
[0177]圖21是根據(jù)包括圖1中的圖像傳感器的系統(tǒng)的示例實(shí)施例的框圖。
[0178]參照圖1和圖21,電子系統(tǒng)1000可被實(shí)施為可使用或支持移動行業(yè)處理器接口(MIPI?)的數(shù)據(jù)處理裝置,例如,個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式多媒體播放器(PMP)、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電視(IPTV)或智能電話。
[0179]電子系統(tǒng)1000包括圖1的圖像傳感器、應(yīng)用處理器1010和顯示器1050。
[0180]在應(yīng)用處理器1010中實(shí)施的相機(jī)串行接口(CSI)主機(jī)1012可通過相機(jī)串行接口執(zhí)行與圖像傳感器100的CSI裝置1041的串行通信。這里,例如,CSI主機(jī)1012可包括解串行器(DES),CSI裝置1041可包括串行器(SER)。
[0181]在應(yīng)用處理器1010中實(shí)施的DSI主機(jī)1011可通過顯示器串行接口(DSI)執(zhí)行與顯示器1050的DSI裝置1051的串行通信。這里,例如,DSI主機(jī)1011可包括串行器(SER),DSI裝置1051可包括解串行器(DES)。
[0182]根據(jù)示例實(shí)施例,電子系統(tǒng)1000還可包括RF芯片1060,RF芯片1060可與應(yīng)用處理器1010通信。包括在應(yīng)用處理器1010中的物理層1013可根據(jù)MIPI DigRF將數(shù)據(jù)發(fā)送到包括在RF芯片1060中的PHY1061或者從PHY1061接收數(shù)據(jù)。
[0183]根據(jù)示例實(shí)施例,電子系統(tǒng)1000還可包括GPS接收器1020、存儲器1070、麥克風(fēng)(MIC) 1080、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM) 1085和揚(yáng)聲器1090。
[0184]電子系統(tǒng)1000可使用全球互通微波存取(Wimax)1030模塊、無線LAN(WLAN)1100模塊和/或超寬帶(UWB) 1110模塊,并執(zhí)行通信。
[0185]圖22是根據(jù)包括圖1的圖像傳感器的系統(tǒng)的另一示例實(shí)施例的框圖。
[0186]參照圖1和圖22,圖像處理系統(tǒng)1200還可包括圖1的圖像傳感器100、處理器1210、存儲器1220、顯示單元1230和接口 1240。
[0187]根據(jù)示例實(shí)施例,圖像處理系統(tǒng)1200可被實(shí)施為醫(yī)療裝置或便攜式電子裝置。便攜式電子裝置可被實(shí)施為移動電話、智能電話、平板PC、個人數(shù)字助理(PDA)、企業(yè)數(shù)字助理(EDA)、便攜式多媒體播放器(PMP)或電子書。
[0188]處理器1210可控制圖像傳感器100的操作或處理從圖像傳感器100輸出的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)不例實(shí)施例,處理器1210可表不ISP200。
[0189]存儲器1220可根據(jù)處理器1210的控制通過總線1250存儲用于控制圖像傳感器100的操作的程序和由處理器1210產(chǎn)生的圖像,處理器1210可通過訪問存儲的信息來執(zhí)行程序。例如,存儲器1220可被實(shí)施為非易失性存儲器。
[0190]顯示單元1230可從處理器1210或存儲器1220接收圖像,并通過顯示器(例如,液晶顯示器(IXD)、LED顯示器、OLED顯示器、有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器或柔性顯示器)顯示圖像。
[0191]接口 1240可被實(shí)施為用于輸入/輸出二維圖像或三維圖像的接口。根據(jù)示例實(shí)施例,接口 1240可被實(shí)施為無線接口。
[0192]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的方法和裝置可感測對象的運(yùn)動。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的方法和裝置可通過在感測對象的運(yùn)動期間斷開用于運(yùn)動感測的冗余配置(例如,斜坡信號產(chǎn)生器和計數(shù)器)的功率來減小功耗。
[0193]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的方法和裝置可通過使用具有不同極性的偏移電壓來感測光量的增加、減少和保持。
[0194]盡管已經(jīng)示出和描述了本總體發(fā)明構(gòu)思的一些示例實(shí)施例,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的原理和精神的情況下,可在這些示例實(shí)施例中進(jìn)行改變,本發(fā)明構(gòu)思的范圍在權(quán)利要求及其等同物中限定。
【權(quán)利要求】
1.一種操作圖像處理系統(tǒng)的方法,包括: 存儲多個第一模擬像素信號和多個第二模擬像素信號之間的差,所述多個第一模擬像素信號從多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述多個第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng);以及 將存儲的差轉(zhuǎn)換為多個I比特數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,還包括: 使用所述多個I比特數(shù)字信號識別由所述多個像素輸出的前一幀和當(dāng)前幀之間的對象的運(yùn)動。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,第一模擬像素信號對應(yīng)于在前一幀期間在所述多個像素中累積的光電荷的量,第二模擬像素信號對應(yīng)于在當(dāng)前幀期間在所述多個像素中累積的光電荷的量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述多個第一模擬像素信號中的每一個和所述多個第二模擬像素信號中的每一個在當(dāng)前幀期間被依次輸出。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,還包括: 基于第一模擬像素信號中的每一個對包括在圖像處理系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路自動調(diào) 零。
6.如權(quán)利要求5所述的方法,其中,在執(zhí)行自動調(diào)零之后,從所述多個像素中的每一個像素輸出第二模擬像素信號。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,還包括: 在存儲步驟之前,從包括在像素陣列中的像素中選擇多個像素作為激活像素組。
8.如權(quán)利要求7所述的方法,其中,包括在激活像素組中的多個像素彼此相鄰。
9.如權(quán)利要求7所述的方法,其中,包括在激活像素組中的多個像素位于像素陣列的邊緣。
10.如權(quán)利要求7所述的方法,其中,包括在激活像素組中的多個像素彼此不相鄰。
11.一種圖像傳感器,包括: 像素陣列,包括多個像素; 像素信號差存儲電路,被構(gòu)造為存儲多個第一模擬像素信號和多個第二模擬像素信號之間的差,所述多個第一模擬像素信號從所述多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述多個第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng);以及 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,被構(gòu)造為將存儲的差轉(zhuǎn)換為多個I比特數(shù)字信號。
12.如權(quán)利要求11所述的圖像傳感器,其中,像素信號差存儲電路包括:多個耦合電容器,被構(gòu)造為存儲所述多個第一模擬像素信號和所述多個第二模擬像素信號之間的差。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像傳感器,其中,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括多個比較器,所述多個比較器被構(gòu)造為: 將存儲的差與參考電壓進(jìn)行比較; 根據(jù)比較的結(jié)果輸出I比特數(shù)字信號。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器,其中,所述多個耦合電容器被構(gòu)造為基于所述差調(diào)節(jié)所述多個比較器的比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓, 比較器被構(gòu)造為將調(diào)節(jié)的比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓和參考電壓進(jìn)行比較。
15.如權(quán)利要求14所述的圖像傳感器,還包括: 第一初始化開關(guān),連接在所述多個比較器的比較值輸入節(jié)點(diǎn)和第一輸出節(jié)點(diǎn)之間, 其中,隨著第一初始化開關(guān)被接通,比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓被初始化為等于參考電壓。
16.如權(quán)利要求15所述的圖像傳感器,其中,在比較值輸入節(jié)點(diǎn)的電壓等于參考電壓之后,第一初始化開關(guān)被斷開, 在第一初始化開關(guān)被斷開之后,所述多個像素被構(gòu)造為執(zhí)行復(fù)位操作。
17.如權(quán)利要求16所述的圖像傳感器,還包括: 參考電壓供應(yīng)電路,被構(gòu)造為將參考電壓供應(yīng)到所述多個比較器的參考值輸入節(jié)點(diǎn)。
18.如權(quán)利要求17所述的圖像傳感器,其中,參考電壓供應(yīng)電路包括: 第二初始化開關(guān),連接在所述多個比較器的第二輸出節(jié)點(diǎn)和所述多個比較器的參考值輸入節(jié)點(diǎn)之間,第二初始化開關(guān)被構(gòu)造為隨著第一初始化開關(guān)切換。
19.如權(quán)利要求17所述的圖像傳感器,其中,參考電壓供應(yīng)電路包括: 第一開關(guān)陣列,被構(gòu)造為將斜坡信號和參考電壓之一供應(yīng)到參考值輸入節(jié)點(diǎn)。
20.如權(quán)利要求17所述的圖像傳感器,還包括: 第二開關(guān)陣列,被構(gòu)造為基于模式選擇信號將所述多個I比特數(shù)字信號發(fā)送到計數(shù)器和鎖存器之一。
21.如權(quán)利要求17所述的圖像傳感器,還包括: 功率管理單元,被構(gòu)造為基于模式選擇信號控制供應(yīng)到計數(shù)器和斜坡信號產(chǎn)生器的功率。
22.如權(quán)利要求17所述的圖像傳感器,其中,供應(yīng)到所述多個比較器中的一個比較器的參考電壓具有與供應(yīng)到所述多個比較器中的另一個比較器的參考電壓不同的電壓電平。
23.如權(quán)利要求12所述的圖像傳感器,還包括: 像素信號輸出開關(guān),連接在所述多個像素和所述多個耦合電容器之間,像素信號輸出開關(guān)被構(gòu)造為控制所述多個第一模擬像素信號中的每一個和所述多個第二模擬像素信號中的每一個的輸出。
24.—種圖像處理系統(tǒng),包括: 圖像傳感器,包括: 像素陣列,包括多個像素; 像素信號差存儲電路,被構(gòu)造為存儲多個第一模擬像素信號和多個第二模擬像素信號之間的差,所述多個第一模擬像素信號從所述多個像素輸出并與前一幀相應(yīng),所述多個第二模擬像素信號從所述多個像素輸出并與當(dāng)前幀相應(yīng); 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,被構(gòu)造為將存儲的差轉(zhuǎn)換為I比特數(shù)字信號; 鎖存器塊,被構(gòu)造為基于轉(zhuǎn)換的I比特數(shù)字信號輸出圖像數(shù)據(jù); 圖像信號處理器(ISP),被構(gòu)造為通過處理從圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)來識別前一幀和當(dāng)前幀之間的對象的運(yùn)動。
25.一種電子裝置,包括: 權(quán)利要求24所述的圖像處理系統(tǒng);以及 顯示器,用于顯示處理后的圖像數(shù)據(jù)。
26.—種圖像傳感器,包括:至少一個像素;以及 至少一個讀 出電路,所述讀出電路被構(gòu)造為輸出I比特數(shù)字信號,所述I比特數(shù)字信號指示第一模擬信號和第二模擬信號之間的差是否大于參考電壓,第一模擬信號表示通過像素感測到的第一幀,第二模擬信號表示通過像素感測到的第二幀,所述讀出電路包括: 存儲裝置,被構(gòu)造為存儲第一模擬信號和第二模擬信號之間的差, 模數(shù)轉(zhuǎn)換器,被構(gòu)造為將存儲的差轉(zhuǎn)換為I比特數(shù)字信號。
27.如權(quán)利要求26所述的圖像傳感器,其中,模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括: 比較器,被構(gòu)造為將存儲的差和參考電壓進(jìn)行比較,并將比較的結(jié)果輸出為I比特數(shù)字信號。
28.如權(quán)利要求26所述的圖像傳感器,其中,所述至少一個像素包括: 光電元件,被構(gòu)造為: 根據(jù)在第一幀期間在光電元件中累積的光電電荷的量來產(chǎn)生第一模擬信號,以及 根據(jù)在第二幀期間在光電元件中累積的光電電荷的量來產(chǎn)生第二模擬信號; 多個像素開關(guān),被構(gòu)造為選擇性地將第一模擬信號和第二模擬信號提供給存儲裝置。
29.如權(quán)利要求28所述的圖像傳感器,其中,模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括: 第一開關(guān),被構(gòu)造為選擇性地將比較器的輸入節(jié)點(diǎn)初始化為參考電壓, 其中,所述至少一個像素內(nèi)的所述多個像素開關(guān)被構(gòu)造為: 在比較器的輸入節(jié)點(diǎn)被初始化為參考電壓之后,將第一模擬信號提供給存儲裝置,以及 在比較器的參考節(jié)點(diǎn)被復(fù)位到參考電壓之后,將第二模擬信號提供給存儲裝置,使得存儲在存儲裝置中的值表示第一模擬信號和第二模擬信號之間的差。
30.如權(quán)利要求29所述的圖像傳感器,還包括: 斜坡信號產(chǎn)生器,被構(gòu)造為在圖像傳感器的操作模式是彩色圖像感測模式的情況下產(chǎn)生斜坡信號; 計數(shù)器,被構(gòu)造為在圖像傳感器的操作模式是彩色圖像感測模式的情況下對所述I比特數(shù)字信號在低電平和高電平之間轉(zhuǎn)變所需的時間進(jìn)行計數(shù); 開關(guān)陣列,被構(gòu)造為基于圖像傳感器的操作模式選擇性地將斜坡信號和參考電壓之一提供給比較器的參考節(jié)點(diǎn);以及 功率管理單元,被構(gòu)造為在圖像傳感器的操作模式是運(yùn)動感測模式的情況下禁用斜坡信號產(chǎn)生器。
【文檔編號】H04N5/374GK103974001SQ201410034010
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】金茂永, 金泰瓚, 尹載喆, 咸錫憲 申請人:三星電子株式會社
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