[发明专利]带有改进的基准信号的有源像素传感器

说明书

本发明涉及有源像素传感器，更详细地说，涉及这种传感器中改进的基准信号的产生和处理。

有源像素传感器(APS)捕获数字图像数据，常常用于数字静止摄像机、数字视频摄像机和图像复制设备等。APS一般由许多像素单元构成，后者每一个都包含一般称作光电二极管的光敏二极管。

参见图1，其中示出按照本发明使用的典型的像素单元12的电路简图。单元12最好包括三个晶体管13-15(一般是n-型场效应晶体管)和光敏光电二极管11。晶体管13和14耦合到V_DD，而晶体管15耦合到晶体管14的源极。复位信号加在晶体管13的栅极上，而行选择信号加在晶体管15的栅极上。

在典型的工作方式下，规定复位线为高电平，以便将反偏置的光电二极管的寄生电容充电到复位电平。光电二极管的输出节点17上的复位电平稳定之后，复位线被拉到低电平，使光生电荷载体可以以与入射光强度成正比的速率将光电二极管放电。在特定的曝光时间之后，行选择线被规定为高电平，使节点17处的电压能够通过源跟随器缓冲晶体管14在单元输出节点19(列导体接于此处)被采样。复位信号再次被规定为高和低电平，以便第二次使节点17复位。在输出节点19处对复位电平采样。对入射光曝光后(V_EXPOSURE)和复位(V_RESET)时输出节点19的电压电平之间的差值与入射光强度成正比。V_RESET和V_EXPOSURE是以地为基准测定的。

为了构成APS，把这许多个像素单元设置在一起，最好排成阵列。通过读所述许多像素单元中每一个的输出节点来读出APS。读通常是通过把每一行的像素输出数据传输到行缓冲器，并顺序地处理每一行行缓冲器的内容来进行的。

尽管对捕获图像数据有利，但当前的APS器件也有缺点，例如，光电二极管输出值一般都是以地为基准测定的。这样做的问题包括光电二极管的输出信号和地信号受到不同的噪声电平和其他不公平的(inequitable)影响。结果，光电二极管的输出信号(以地为基准测定的)往往有显著的噪声分量，造成对入射光的精确度较差的记录和质量较低的图像重放。

因此，本发明的一个目的是提供一种APS，它使用一种对像素单元所受的噪声和其他影响能做出比较精确的补偿的基准信号。

本发明的另一个目的是提供一种APS，它利用处于相似位置的像素单元来建立所需要的基准信号。

本发明的这些和相关的目的利用带有这里描述的改进的基准信号的有源像素传感器来达到。

在一个实施例中，本发明包括可曝光的像素单元阵列和基准信号产生电路，后者利用一个或多个基准像素单元来产生基准信号。基准像素单元最好以与可曝光像素单元类似的方法形成，从而反映类似的噪声和寄生影响。

基准像素单元可以设置在曝光阵列旁边的阵列中，或作其他安排。可以为所述曝光阵列中的每一行设置一个或多个基准像素单元。当设置多个基准像素单元时，最好至少把它们的光电二极管中的一些光电二极管连接在一起，以便产生平均光电二极管输出电压。基准像素单元最好用不透明的滤光片等材料覆盖。

在结合附图阅读以下对本发明的较详细的描述之后，本专业的技术人员将不难明白本发明的上述和相关的优点和特征的实现。

图1是用于本发明的有源像素传感器(APS)的典型的像素单元的电路简图；

图2是按照本发明的带有列读出电路的有源像素传感器的电路简图；以及

图3是按照本发明的整体地短路的光电二极管的示意图。

参见图2，其中示出按照本发明的有源像素传感器(APS)的电路简图。应该指出，图2实际上公开了一种带有列读出电路的有源像素阵列。图中没有示出行译码等。但因主要示出APS，所以在以下的描述中将使用该术语。

APS5含有排列成N×M阵列的多个像素单元12(此后称作“像素”)。典型的APS大小包括640×480(VGA)和352×288(CIF)，预料将来密度会提高。图中示出两个典型的行1和2的部分。应该指出，在图中设置垂直3点图案处可以设置很多行，并且每一行像素的数目可以增加。

APS5可以分成两段：“基准”像素3和“曝光”像素4。正如下面将更详细讨论的，基准像素用来建立基准信号，后者最好逐行地与曝光像素的输出信号进行比较，以提供更准确的图像数据输出信号。

尽管行1和2代表APS中许多中的任何一行，但是行2将用来传授本发明的基准信号的产生和处理技术。应该明白，这里有关行2的传授可以应用于其他行中的任何一行。