[发明专利]光检测装置和图像处理方法

说明书

本发明涉及光检测装置和图像处理方法。光检测装置包括：像素电路，其包括复位晶体管，并且被配置成输出像素信号；差分比较器，其包括像素输入、参考输入和比较器输出；第一信号线，其连接到所述像素电路，并且连接到所述差分比较器；以及第二信号线，其连接到所述复位晶体管的源极或漏极，并且连接到所述比较器输出。图像处理方法包括经由第一信号线从包括复位晶体管的像素电路输出像素信号；以及从包括像素输入、参考输入和比较器输出的差分比较器输出差分信号，其中，所述复位晶体管的源极或漏极经由第二信号线连接到所述比较器输出。

本申请是申请日为2017年06月29日、发明名称为“图像传感器和图像处理方法”的申请号为201780038975.5的专利申请的分案申请。

技术领域

本申请一般涉及图像传感器和图像处理方法。更具体地，本申请涉及图像传感器中的复位扩展(reset spread)的减少。

背景技术

图像传感设备通常包括：图像传感器(一般是像素电路的阵列)；以及信号处理电路和任何相关的控制或时序电路。在图像传感器本身内，由于光的照射，电荷被收集在像素电路的光电转换装置中。现代图像传感器通常包括数千万个像素(megapixels或MP的数十倍)。

然后，累积的电荷被转换为数字值。这种转换通常需要若干电路组件，例如采样保持(S/H：sample-and-hold)电路、模数转换器(ADC：analog-to-digital converter)、以及时序和控制电路等，其中每个电路组件都在上述转换中起到一定作用。例如，S/H电路的作用可以是对来自光电转换装置操作的不同时间相位的模拟信号进行采样，此后，这些模拟信号可以被ADC转换为数字形式。为了在具有大量像素电路的阵列中将模拟信号有效地转换为数字形式，一组ADC并行地工作，其中让多个像素共用一个ADC。特定的共用布置取决于图像传感器的架构。例如，该布置可以是：基于列的布置，其中，阵列的列中的所有像素电路共用一个ADC；共用列布置，其中，像素电路的若干列共用一个ADC；基于区块的布置，其中，矩形的像素电路区块共用一个ADC；等等。

为了减少图像传感器中的噪声，经常使用相关双采样(CDS：correlated doublesampling)方法。在CDS中，图像传感器中的每个像素电路被采样两次。在第一次测量中，使像素电路复位，并测量来自像素电路的复位电压。这被称为复位信号或“P相”信号。在第一次测量之后，让像素电路曝露于光，使得光电转换装置根据入射光的电平收集电荷。在第二次测量中测量这些电荷，其给出的模拟信号等于曝光值(light-exposed value)加上复位值。这被称为数据信号或“D相”信号。两次测量之间的差值相当于像素电路的曝光信号。

然而，为了让CDS方法有效地发挥作用，让复位信号的变化最小化是有帮助的。在实际的CMOS图像传感器电路中，尤其是当在高的模拟增益下操作该传感器时，必须通过增益放大器和ADC函数这两者来调和图像传感器中所有像素的复位值的总变化。

例如，在ADC的输入电压范围为1V且复位电压信号的变化为100mV的情况下，因为ADC必须再现既包括复位变化又包括光电二极管变化的数据信号，所以分配给光电二极管信号的电压范围为900mV。随着放大器的增益的增加，复位电压值和数据电压值都被放大，以使得：8倍(或18dB)的增益导致在ADC输入处的复位信号的电压变化为800mV，且因此光电二极管信号变化仅为200mV。然而，在该示例中，因为在所允许的ADC输入电压范围内将不会允许复位加光电二极管信号变化，所以诸如16倍(24dB)等增益水平是不可能的。

这种可允许的光电二极管信号范围被称为“动态范围”，并且是图像传感器设计中的重要参数。为了在任何增益水平下实现更高的动态范围，并为了增加图像传感器的最大可用动态范围，需要减少ADC电路中的复位信号变化(reset signal variation)。

发明内容

本公开的各个方面涉及一种能够利用单斜率ADC来实现主动复位方法的图像传感器和图像处理方法。