CN113508576B - 图像传感器系统、电子设备和用于操作图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器系统具有带有多个像素(PXL1、PXL2、…、PXLN)的像素阵列(PIX1)，所述像素中的每一个包括光电二极管(PD)、像素缓冲器(SF)和耦合在所述光电二极管(PD)与所述像素缓冲器(SF)的输入之间的传输门(TX)。电压供电模块(VSB)被配置为基于第一参考电压(VR1)从输入电压(VDD)生成像素供电电压(VDDPIX)并向所述像素阵列(PIX1)提供所述像素供电电压(VDDPIX)。校准处理模块(PROC)被配置为基于所述像素阵列(PIX1)的像素输出处的单独像素信号的平均来确定平均像素信号(VPA)并基于所述平均像素信号(VPA)和参考像素信号(VPR)来确定校正值(ΔV)。校正处理模块(CORR)被配置为基于第二参考电压(VR2)和所述校正值(ΔV)的组合来确定所述第一参考电压(VR1)。
Description
本公开涉及一种图像传感器系统、一种具有包括这种图像传感器系统的相机系统的电子设备以及一种用于操作图像传感器的方法。
CMOS图像传感器(CIS)通常包括单元元件(称为像素)阵列。像素阵列在曝光期间暴露到辐射，并且随后从阵列读取每个像素的信号值。
读出过程通常受过程、电压和温度(PVT)变化的影响。由于这些变化，例如图像传感器的整体灵敏度降低。
要实现的一个目的是提供一种改进概念以用于读出具有改进性能的图像传感器的像素阵列。
该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中定义了改进概念的实施例和改进方案。
像素阵列可以具有多个像素，其中，像素中的每一个包括光电二极管、像素缓冲器(例如源极跟随器)和耦合在光电二极管与像素缓冲器的输入之间的传输门。改进概念基于这样的想法，即在这种像素中，通过改变像素阵列的供电电压能够分别考虑像素或像素读出电路内的阵列PVT变化。例如，改变供电电压以平均地实现像素阵列的像素输出信号的限定输出电平。例如，确定像素阵列的像素输出处的单独像素信号的平均并将其与参考像素信号进行比较以便确定校正值，该校正值形成适配供电电压的基础。例如，校正值对应于平均像素信号与参考像素信号之间的差值或者该差值所导出的值。因此，通过使用负反馈回路调整像素阵列的供电电压来补偿像素信号电平的变化。
由于仅需要调整和/或控制像素阵列的公共供电，因此图像传感器系统能够具有更高的功率效率和更少的实施所需的面积。此外，由于控制像素阵列内的电压所需的工作量更少，因此能够提高图像传感器系统的操作速度。
根据改进概念的图像传感器系统的一个实施例包括具有多个像素的像素阵列，其中，像素中的每一个包括光电二极管、像素缓冲器和耦合在光电二极管与像素缓冲器的输入之间的传输门。图像传感器系统的电压供电模块被配置为基于第一参考电压从输入电压生成像素供电电压并向像素阵列提供该像素供电电压。图像传感器系统还包括校准处理模块，其被配置为基于像素阵列的像素输出处的单独像素信号的平均来确定平均像素信号并基于平均像素信号和参考像素信号来确定校正值。校正处理模块被配置为基于第二参考电压和校正值的组合来确定第一参考电压。
例如，校正值被确定为平均像素信号与参考像素信号之间的差值或从所述差值导出的值。
在像素的一些实施方式中，在像素缓冲器的输出与校准处理模块之间还可以存在选择开关。
像素缓冲器可以被实施为像素源极跟随器，例如被实施为场效应晶体管。像素的光电二极管经由相关联的传输门连接到像素缓冲器的门或控制输入，并且因此根据光电二极管的输出信号来控制像素缓冲器。由于PVT变化，像素缓冲器的阈值电压可以在拐角处经受变化。因此，像素的输出电压，尤其是在暗电平或复位电平处的输出电压，能够因此而显着变化。这能够降低像素输出处的电压摆动，并因此从整体角度来看，降低传感器的动态范围和/或灵敏度。
因此，在图像传感器系统的各种实施方式中，单独像素信号是像素阵列的像素的暗电平信号和/或复位电平信号。例如，暗电平信号表示当没有光入射到光电二极管上或者至少没有信号从光电二极管转移到像素缓冲器时由像素所输出的信号。复位电平信号可以通过将像素缓冲器的输入选择性地连接到供电电压来建立，例如利用复位开关。
一般来说，在一些实施方式中，像素阵列的像素缓冲器的输入连接到阵列供电端子，在该阵列供应端子处经由相关联的复位开关提供像素供电电压。复位电平或暗电平可以用作对应于入射到光电二极管上的光的像素信号的参考。
在这样的实施方式中，像素缓冲器可以经由相同的像素供电电压或经由不进行基于校正值校正的、不同的、独立的供电电压来供电。
在一些具有复位开关的实施方式中，校正处理模块还可以被配置为基于校正值来调整用于控制复位开关的控制信号，尤其是调整受控信号的高电平。例如，如果经由复位开关来切换的像素供电电压更高，则控制像素中复位开关的复位脉冲的高电平也被调整为更强。然而，由于需要添加或减去的电压量对于两者来说是相同的，所以添加的复杂性能够忽略不计。
在各种实施方式中，图像传感器系统还包括存储元件，该储存元件能够是某种RAM或其他易失性存储器，或是非易失性存储器，如一次性可编程(OTP)存储器或闪存。校准处理模块被配置为将所确定的校正值存储到存储元件中，并且校正处理模块被配置为从存储元件中检索校正值。这允许不必连续地确定校正值，而可以仅确定一次校正值或仅在图像传感器系统的操作期间的特定时刻处确定校正值。在图像传感器启动时，例如在任何校准前，校正值可以是或设置为等于0以能够向像素提供初始电压供电。例如，如果校正值表示电压值，为此能够将其初始设置为0V。
在各种应用中，像素阵列的像素用于产生图像传感器系统的输出信号。换句话说，像素用来感测入射光。
然而，在一些实施方式中，像素阵列是哑像素阵列并且哑像素阵列的像素被屏蔽以免受入射光。图像传感器系统还包括具有多个另外的像素的另外的像素阵列，该另外的像素阵列可以是有源像素阵列，另外的像素中的每一个包括光电二极管、像素缓冲器和耦合在光电二极管与相应的另外的像素的像素缓冲器的输入之间的传输门。另外的像素中的每一个被配置为感测入射光。电压供电模块被配置为向哑像素阵列和另外的像素阵列提供像素供电电压。
例如，哑像素阵列和有源像素阵列的像素具有相同或至少相似的结构，使得它们在图像传感器系统的操作期间经受相同的PVT变化。因此，通过提供哑像素阵列和屏蔽哑像素阵列以免受入射光，能够保证在确定平均像素信号和校正值时相应地只考虑暗电平信号。
例如，屏蔽是利用不透明的或金属的屏蔽物(例如布置在入射光的光路中的金属层)来进行的。哑像素阵列的像素也能够称为光学黑色像素。
在一些实施方式中，图像传感器系统还包括模拟-数字转换器(ADC)，该模拟-数字转换器耦合到像素阵列的像素输出。参考像素信号取决于ADC的输入特征，例如ADC的输入电压范围。因此，通过调整像素供电电压，ADC的动态范围(即ADC的输入电压范围)与像素的输出摆动相匹配。这能够使具有像素阵列的传统图像传感器的列放大器变得不必要。
在图像传感器系统的各种实施方式中，确定平均像素信号所基于的平均例如是数学平均值，如算术平均值、中位值或中列值。使用数学平均值，尤其是算术平均值考虑了由像素阵列的像素所提供的所有信号。这也可能包括来自缺陷像素的信号，该缺陷像素实际上并不发送所期望的信号电平。使用中位值忽略了这种缺陷像素值。
在各种实施方式中，图像传感器系统包括图像传感器，该图像传感器包括像素阵列、电压供电模块和校正处理模块，并且还包括与图像传感器集成或在图像传感器外部提供的校准处理模块。
如果校准处理模块与图像传感器集成，则能够在任意时刻处进行校准，即确定实际校正值。例如，校准能够在图像传感器启动时进行，或者以根据PVT变化的变化率进行预定义或调整的相异时间间隔来进行。为此，具有校准处理模块和校正处理模块的反馈回路能够被实施为使得它们能够容易地启用或禁用。
如果在图像传感器外部提供校正处理模块，则校正值可以仅确定一次，例如在初始校准期间仅确定一次，其中，如此确定的校正值被存储在图像传感器的存储元件中，例如，如上所述的如OTP存储器之类的非易失性存储器中。外部处理具有积极效果，即更少的反馈电路必须利用图像传感器来实施，从而导致更高的功率效率和更少的实施所需的面积。处理能够在模拟域、数字域或其组合中进行。例如，单独的像素信号在数字域中进行数字转换和处理。
例如，根据上述实施方式之一的图像传感器系统能够用于各种电子设备的相机系统中。
这样的电子设备可以包括智能电话、平板电脑、便携式电脑等，但也可以包括更大的设备，例如个人电脑和/或其显示器。电子设备还包括用于机器视觉的设备、照相机或摄像机或智能手表和其他可穿戴设备。通常，根据上述实施方式之一的图像传感器系统能够用于使用有源像素的所有成像应用中。
在另一方面，提出了一种用于操作根据改进概念的图像传感器的方法，其中，图像传感器包括具有多个像素的像素阵列，像素中的每一个包括光电二极管、像素缓冲器和耦合在光电二极管与像素缓冲器的输入之间的传输门。图像传感器还包括电压供电模块，该电压供电模块被配置为基于第一参考电压从输入电压生成像素供电电压并向像素阵列提供该像素供电电压。该方法包括在校准操作模式期间，基于像素阵列的像素输出处的单独像素信号的平均来确定平均像素信号并基于该平均像素信号和参考像素信号来确定校正值。该方法还包括基于第二参考电压和校正值的组合来确定第一参考电压。
例如，在校准操作模式期间，校正值被存储到图像传感器的存储元件中。确定第一参考值包括从存储元件中检索校正值。
正如针对图像传感器系统的各种实施方式所讨论的，单独的像素信号可以是像素阵列的像素的暗电平信号和/或复位电平信号。例如，像素阵列的像素缓冲器的输入经由相关联的复位开关连接到阵列供电端子，在该阵列供电端子处提供像素供电电压，其中，该方法还包括基于校正值来调整用于控制复位开关的控制信号，尤其是调整控制信号的高电平。
在该方法的一些实施方式中，在校准操作模式期间，图像传感器暴露于暗图像和/或测试图像。这允许具有限定条件以利用像素来产生单独的像素信号。
从根据改进概念的图像传感器系统的上述各种实施例中，本方法的另外的实施例对于本领域技术人员来说变得显而易见。
下文将参考附图针对几个实施例更详细地描述改进概念。相同的附图标记表示具有相同功能的信号、元件或部件。如果信号、元件或组件在功能上彼此对应，则将不必在以下各图中重复对其的描述。
在附图中：
图1示出了根据改进概念的图像传感器系统的一个示例性实施方式；
图2示出了像素的一个示例性实施方式；
图3示出了图1的图像传感器系统的细节的一个示例性实施方式；
图4示出了根据改进概念的图像传感器系统的另一示例性实施方式；
图5示出了根据改进概念的图像传感器系统的另一示例性实施方式；以及
图6示出了电压供电模块的一个示例性实施方式。
图1示出了包括具有多个像素的像素阵列PIX1的图像传感器系统的一个示例性实施方式。像素阵列PIX1由像素被供以像素供电电压VDDPIX。像素阵列的像素输出经由一个或更多个连接来耦合到校准处理模块PROC，在该图示中该连接示出为多路复用连接。像素供电电压VDDPIX从电压供电模块VSB中被提供。例如，电压供电模块VSB被配置为基于第一参考电压VR1从输入电压VDD生成像素供电电压VDDPIX，该第一参考电压直接或间接地确定像素供电电压VDDPIX的电压电平。例如，输入电压VDD可以是芯片级供电电压。
校准处理模块PROC包括平均模块AVG，该平均模块在其输入侧处耦合到像素阵列PIX1，并且在其输出侧处耦合到确定模块DET。在其输入侧上，确定模块DET从平均模块AVG接收平均像素信号VPA并进一步接收参考像素信号VPR。在输出处，确定模块DET向校正处理模块CORR提供校正值ΔV。校正处理模块CORR在另一输入处接收第二参考电压VR2并向电压供电模块VSB输出第一参考电压VR1。
在该图示中，校准处理模块PROC被配置为使用平均模块AVG基于在像素阵列PIX1的像素输出处的单独像素信号的平均来确定平均像素信号VPA。此外，在该图示中，校准处理模块PROC被配置为使用确定模块DET基于该平均像素信号VPA和参考像素信号VPR来确定校正值ΔV。
校正处理模块CORR被配置为基于第二参考电压VR2和校正值ΔV的组合来确定第一参考电压VR1。在图像传感器启动时，例如在校准之前，ΔV可以等于0V以能够向像素提供初始电压供电。
图1的图像传感器系统可以包含另外的电路，以用于读出像素阵列PIX1的像素，例如用于图像感测应用。应该注意的是，同样对于此类应用，像素阵列PIX1的供电是利用最终取决于校正值ΔV的像素供电电压VDDPIX来进行的。
如图2中示例性所示，像素阵列PIX1的多个像素中的每一个包括光电二极管PD、像素缓冲器SF和耦合在光电二极管与像素缓冲器SF的输入之间的传输门TX。例如，像素缓冲器SF的输入是像素缓冲器SF的门连接，该像素缓冲器可以作为源极跟随器来并入。像素缓冲器SF的输入可以经由相关联的复位开关RST来进一步连接到供电端子，在该供电端子处提供像素供电电压VDDPIX。像素缓冲器SF本身可以从缓冲器供电电压VSF来被供电。在各种实施方式中，缓冲器供电电压VSF可以与像素供电电压VDDPIX相同或者可以是如输入电压VDD的不同供电电压。如图2中的虚线所指示的，像素缓冲器SF的输出耦合到校准处理模块PROC。例如，在像素的一些实施方式中，在像素缓冲器SF的输出与校准处理模块PROC之间可以存在选择开关。
在一些实施方式中，像素可以包含多于一个的光电二极管，该光电二极管通过相应的传输门依次连接到像素缓冲器SF的输入。
在具有这样的像素或具有多个这样的像素的像素阵列的图像传感器中，例如CMOS图像传感器中，由于PVT变化，像素缓冲器SF的阈值电压可以在拐角处显着变化。由于PVT变化，尤其是在暗电平或复位电平处的变化，这可以导致像素的输出电压显着变化。这可以降低像素输出处的电压摆动，并且因此降低其动态范围。利用模拟-数字转换器，即ADC来处理像素输出电压是常见的。如果像素的输出电压摆动没有明确限定，则可能难以将其匹配到ADC的输入范围。因此，如图1所示的图像传感器系统通过使用负反馈回路调整像素阵列PIX1的供电电压VDDPIX来实现对每个像素的复位电平变化、相应地为暗电平变化的的补偿，其中该负反馈回路尤其包含校准处理模块和校正处理模块等。
平均模块在像素阵列PIX1的像素的输出处接收单独的像素信号、形成这些单独的个像素信号的平均并基于该平均来确定平均像素信号VPA。例如，在这个过程中，单独的像素信号被模拟-数字转换。单独的像素信号可以是像素阵列的像素的暗电平信号和/或复位电平信号。这样，能够更有效地确定暗电平期间、相应地复位电平期间的PVT变化的影响。
现在参考图3，示出了像素阵列和向校准处理模块PROC的信号传输的示例细节。例如，像素阵列包括多个像素PXL1、PXL2、...、PXLN，经由多路复用器MUX将这些像素的输出信号提供给校准处理模块PROC。像素PXL1、PXL2、…、PXLN中的每一个提供其单独的像素信号，以使得在校准处理模块PROC处存在多个单独的像素信号。
再次参考图1，多个单独的像素信号表示例如经受PVT变化的像素阵列PIX1的多个像素的输出电压，对应于局部变化，该PVT变化是全局变化以及随机失配。为了降低局部变化的影响，平均像素信号VPA由校准处理模块确定，尤其是由平均模块AVG确定。确定平均像素信号VPA所基于的平均例如是数学平均值，尤其是算术平均值、中位值或中列值。
然后将平均像素信号VPA与理想的参考像素信号VPR进行比较。例如，由确定模块DET确定的校正值ΔV对应于平均像素信号VPA与参考像素信号VPR之间的差值。校正值ΔV可以表示误差电压。然后，校正值ΔV通过校正处理模块CORR与第二参考电压VR2结合，例如添加到第二参考电压VR2以便确定第一参考电压VR1。如上所述，第一参考电压VR1确定通过电压供电模块VSB从输入电压VDD所生成的像素供电电压的电压电平VPIX。
在标称条件下(即没有PVT变化)，校正值ΔV将接近零，并且电压供电模块VSB将产生像素供电电压VDDPIX，该像素供电电压的电平接近第二参考电压VR2的电平。然后平均像素信号VPA将等于或接近参考像素信号VPR。
假设由于PVT变化，像素缓冲器SF的阈值电压高于其标称值，则平均像素信号将因此低于参考像素信号VPR。因此，如果校正值ΔV基于参考像素信号VPR与平均像素信号VPA之间的差值，则根据
ΔV＝VPR-VPA，
校正值ΔV将增加，即ΔV>0。这将反过来增加电压供电模块VSB的输出电压VDDPIX，这将反过来又增加平均像素信号VPA。这种负反馈将持续直到平均像素信号VPA接近参考像素信号VPR。
类似地，如果像素缓冲器SF的阈值电压低于标称值，则平均像素信号VPA将高于参考像素信号VPR并且误差电压或校正值ΔV将减小，即ΔV<0。这将降低像素阵列PIX1的像素供电电压VDDPIX，以使得平均像素值VPA再次接近参考像素值VPR。
综上所述，负反馈回路将调整像素阵列PIX1的供电电压VDDPIX，以确保平均像素信号VPA等于理想的参考像素信号VPR。像素缓冲器SF的阈值电压的任何变化将由供电电压的相等变化来补偿。
如图2所示，在一些实施方式中，尤其是在像素缓冲器的输入经由复位开关RST连接到像素供电电压VDDPIX的实施方式中，校正处理模块CORR还可以被配置为基于校正值ΔV调整用于控制复位开关RST的控制信号，例如调整控制信号的高电平。
这可以提高图像传感器系统的性能，因为可能需要更强的复位脉冲以穿过复位晶体管RST传递更大的供电电压VDDPIX。然而，因为需要在控制电压上添加或减去的电压量与像素供电电压VDDPIX相同，所以增加的复杂性是可接受的。
在上述示例中，假设只有像素缓冲器SF的阈值电压经受PVT变化。在实践中，其他参数也可以经受PVT变化，这能够通过相同的方法加以考虑。
现在参考图4，示出了基于图1中所示实施方式的图像传感器系统的另一个示例性实施方式。然而，在图4的实施方式中，还提供了另外的像素阵列PIX2。该另外的像素阵列PIX2还包括多个另外的像素，其中，另外的像素中的每一个包括光电二极管、像素缓冲器和耦合在光电二极管与相应的另外的像素的像素缓冲器的输入之间的传输门。与第一像素阵列PIX1的像素一样，第二像素阵列PIX2的像素也对入射光敏感并且尤其被配置为感测入射光。仅出于清楚的原因，在图4的图示中省略了用于另外的像素阵列PIX2的读出电路。
在该配置中，像素阵列PIX1可以是哑像素阵列并且哑像素阵列的像素被屏蔽以免受入射光。这意味着从哑像素阵列PIX1提供的单独的像素信号总是对应于暗电平信号。因此，校正值ΔV的确定仅基于从所屏蔽像素来提供的单独的像素信号。然而，像素供电电压VDDPIX也被提供给另外的像素阵列PIX2，该另外的像素阵列可以是有源像素阵列并且经受与哑像素阵列PIX1相同的PVT变化。
例如，使用相同的工艺将两个像素阵列PIX1、PIX2实施在相同的半导体芯片上。因此，像素供电电压VDDPIX的调整能够被视为相对于图像传感器系统的像素的PVT变化而言的图像传感器系统的校准。能够实施这种校准以跟踪PVT随时间的变化。校准能够在图像传感器系统启动时进行、每小时进行、或者以取决于PVT变化的变化率的任何其他期望的速率进行。
如果由外部信号，例如来自图像传感器系统的表明PVT变化可能已经发生的其他一些传感器的外部信号来触发，则也能够执行校准。例如，反馈回路能够以易于启用或禁用的方式实施。然而，如果反馈回路被禁用，所确定的校正值ΔV仍用于生成像素供电电压VDDPIX。
在模拟或数字域中，校准能够在片上和片外实施。例如，根据所述的各种实施方式的图像传感器系统包括：图像传感器，其包括像素阵列PIX1或像素阵列PIX1、PIX2两者；电压供电模块VSB和校正处理模块CORR。图像传感器系统还包括校准处理模块PROC，该校准处理模块可以与图像传感器集成在例如单个芯片上或与图像传感器一起集成在单个封装件中。替代地，能够在图像传感器的外部提供校准处理模块。
现在参考图5，示出了基于图1中所示的实施例的根据改进概念的图像传感器系统的另一实施方式。除了结合图1所述的元件之外，图像传感器系统还包括用于存储校正值ΔV的存储元件MEM。例如，校准处理模块PROC被配置为将所确定的校正值ΔV存储到存储元件MEM中，并且校正处理模块CORR被配置为从存储元件MEM中检索校正值ΔV。存储元件MEM可以是某种RAM或其他易失性存储器，例如，如果校准处理模块PROC与图像传感器一起在单个芯片中或在单个封装件中实施，以使得校准如上所述连续或以特定间隔进行。
如果校准处理块PROC与图像传感器分离，即在图像传感器的常规操作期间未进行校准，则存储元件可以被实施为如OTP存储器或闪存之类的非易失性存储器，该存储元件存储曾经由校准处理模块所确定的校正值ΔV。在常规操作期间，校正处理模块CORR从OTP或闪存中检索校正值ΔV以用于设置或调整像素供电电压VDDPIX。例如，在这种配置中，在特定的校准周期中在产生图像传感器之后进行校准。例如，在这种校准周期期间，图像传感器暴露于暗图像或其他测试图像，以使得由校准处理模块PROC所评估的单独的像素信号对应于暗电平信号。校准可以在自动测试机器中进行。
校正值ΔV可以作为多位值来存储在存储器MEM中，例如具有3位至10位，而不排除校正值ΔV的其他位长。
对本领域技术人员而言显而易见的是，结合图5所述的存储元件MEM的提供也可以与图4中所示的图像传感器系统的实施方式相结合。
在上述各种实施方式中，图像传感器系统还可以包括模拟-数字转换器(ADC)，该模拟-数字转换器耦合到像素阵列PIX1和/或PIX2的像素输出。参考像素信号VPR可以取决于ADC的输入特征，例如ADC的输入电压范围。因此，通过调整反馈回路中的参考像素信号VPR和用于电压供模块VS的参考电压VR2，像素阵列PIX1和PIX2(如果存在的话)的像素的输出摆动能够与ADC的输入电压范围匹配。
一般来说，利用本公开的改进概念，即使任何的PVT变化，像素的平均复位电平能够保持在恒定的预定义值。这可以保持由像素的全阱容量(FWC)提供的固有电压摆动。这可以进一步允许对像素的全阱进行优化。
如果像素的输出摆动与ADC的输入电压范围匹配，则能够省去传统图像传感器中使用的列放大器。
图6示出了电压供电模块VSB的一个示例性实施方式，在该示例中，该电压供电模块被实施为低压差稳压器(LDO)。输出晶体管连接在用于接收输入电压VDD的端子与用于提供像素供电电压VDDPIX的输出端子之间。晶体管由差分放大器控制，该差分放大器接收第一参考电压VR1作为参考电压并控制输出电压，该输出电压是到第一参考电压VR1的像素供电电压VDDPIX。
对于本领域技术人员来说，显而易见的是，LDO的其他更复杂的实施方式或甚至电压供电的其他实施方式能够替代地用于从参考电压VR1生成像素供电电压VDDPIX。
根据上述实施方式之一的图像传感器系统或不具有在片上实施校准处理模块PROC的图像传感器能够在相机系统中使用。例如，这种相机系统可以包括在各种电子设备中。
这样的电子设备可以包括智能电话、平板电脑、便携式电脑等，但也可以包括更大的设备，例如个人电脑和/或其显示器。电子设备还包括照相机或摄像机以及智能手表和其他可穿戴设备。
附图标记列表
VDD 输入电压
VDDPIX 像素供电电压
VSF 缓冲器供电电压
VR1，VR2 参考电压
VPR 参考像素信号
VPA 平均像素信号
ΔV 校正值
PIX1，PIX2 像素阵列
VSB 电压供电模块
PROC 校准处理模块
AVG 平均模块
DET 确定模块
PD 光电二极管
TX 传输门
RST 复位开关
SF 像素缓冲器
GND 参考电位
CORR 校正处理模块
MEM 存储元件
PXL1，PXL2，PXLN 像素
MUX 多路复用器
Claims (17)
1.一种图像传感器系统，其包括：
- 具有多个像素（PXL1、PXL2、…、PXLN）的像素阵列（PIX1），所述像素中的每一个包括光电二极管（PD）、像素缓冲器（SF）和耦合在所述光电二极管（PD）与所述像素缓冲器（SF）的输入之间的传输门（TX），其中所述像素阵列（PIX1）是哑像素阵列并且所述哑像素阵列的像素被屏蔽以免受入射光；
- 另外的像素阵列（PIX2），所述另外的像素阵列具有多个另外的像素，所述另外的像素中的每一个包括光电二极管、像素缓冲器和耦合在所述光电二极管与相应的另外的像素的像素缓冲器的输入之间的传输门，并且被配置为感测入射光；
- 电压供电模块（VSB），其被配置为基于第一参考电压（VR1）从输入电压（VDD）生成像素供电电压（VDDPIX）并向哑像素阵列（PIX1）并且向所述另外的像素阵列（PIX2）提供所述像素供电电压（VDDPIX）；
- 校准处理模块（PROC），其被配置为基于所述哑像素阵列（PIX1）的像素的输出处的单独像素信号的平均来确定平均像素信号（VPA）并基于所述平均像素信号（VPA）和参考像素信号（VPR）来确定校正值（ΔV）；以及
- 校正处理模块（CORR），其被配置为基于第二参考电压（VR2）和所述校正值（ΔV）的组合来确定所述第一参考电压（VR1）。
2.根据权利要求1所述的图像传感器系统，其还包括存储元件（MEM），其中，所述校准处理模块（PROC）被配置为将所确定的校正值（ΔV）存储到所述存储元件（MEM）中，并且其中，所述校正处理模块（CORR）被配置为从所述存储元件（MEM）中检索所述校正值（ΔV）。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器系统，其中，所述单独像素信号是所述哑像素阵列（PIX1）的像素的暗电平信号和/或复位电平信号。
4.根据权利要求1或2所述的图像传感器系统，其中，所述哑像素阵列（PIX1）和所述另外的像素阵列（PIX2）的像素缓冲器的输入经由相关联的复位开关（RST）连接到阵列供电端子，在所述阵列供电端子处提供所述像素供电电压（VDDPIX）。
5.根据权利要求4所述的图像传感器系统，其中，所述校正处理模块（CORR）还被配置为基于所述校正值来调整用于控制所述复位开关（RST）的控制信号。
6.根据权利要求1或2所述的图像传感器系统，其还包括模拟-数字转换器ADC，所述ADC耦合到所述哑像素阵列（PIX1）的像素输出，其中，所述参考像素信号（VPR）取决于所述ADC的输入特征。
7.根据权利要求1或2所述的图像传感器系统，其中，确定所述平均像素信号（VPA）所基于的平均是以下之一：
- 数学平均值；
- 中位值；
- 中列值。
8.根据权利要求1或2所述的图像传感器系统，其包括：图像传感器，所述图像传感器包括所述哑像素阵列（PIX1）；所述另外的像素阵列（PIX2）；所述电压供电模块（VSB）和所述校正处理模块（CORR）；并且还包括与所述图像传感器集成或在所述图像传感器外部提供的校准处理块(PROC)。
9.根据权利要求4所述的图像传感器系统，其中，所述校正处理模块（CORR）还被配置为基于所述校正值来调整用于控制所述复位开关（RST）的控制信号的高电平。
10.根据权利要求6所述的图像传感器系统，其中，所述ADC的输入特征是ADC的输入电压范围。
11.根据权利要求7所述的图像传感器系统，其中，所述数学平均值是算术平均值。
12.一种具有包括根据权利要求1至11之一所述的图像传感器系统的相机系统的电子设备。
13.一种用于操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括：
- 具有多个像素的像素阵列（PIX1），所述像素中的每一个包括光电二极管（PD）、像素缓冲器（SF）和耦合在所述光电二极管（PD）与所述像素缓冲器（SF）的输入之间的传输门（TX），其中所述像素阵列是哑像素阵列并且所述哑像素阵列的像素被屏蔽以免受入射光；
- 另外的像素阵列，所述另外的像素阵列具有多个另外的像素，所述另外的像素中的每一个包括光电二极管、像素缓冲器和耦合在所述光电二极管与相应的另外的像素的像素缓冲器的输入之间的的传输门，并且被配置为感测入射光；以及
- 电压供电模块（VSB），其被配置为基于第一参考电压（VR1）从输入电压（VDD）生成像素供电电压（VDDPIX）并向所述哑像素阵列（PIX1）并且向所述另外的像素阵列（PIX2）提供所述像素供电电压（VDDPIX）；
所述方法包括：
- 在校准操作模式期间，基于所述哑像素阵列（PIX1）的像素的输出处的单独像素信号的平均来确定平均像素信号（VPA）并基于所述平均像素信号（VPA）和参考像素信号（VPR）来确定校正值（ΔV）；以及
- 基于第二参考电压（VR2）和所述校正值（ΔV）的组合来确定所述第一参考电压（VR1）。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述校准操作模式期间，将所述校正值（ΔV）存储到所述图像传感器的存储元件（MEM）中，并且其中，确定所述第一参考电压（VR1）包括：从所述存储元件（MEM）中检索所述校正值（ΔV）。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述单独像素信号是所述哑像素阵列（PIX1）的像素的暗电平信号和/或复位电平信号。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述哑像素阵列（PIX1）和所述另外的像素阵列（PIX2）的像素缓冲器的输入经由相关联的复位开关（RST）连接到阵列供电端子，在所述阵列供电端子处提供所述像素供电电压（VDDPIX），并且其中，所述方法还包括基于所述校正值调整用于控制所述复位开关（RST）的控制信号。
17.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述哑像素阵列（PIX1）和所述另外的像素阵列（PIX2）的像素缓冲器的输入经由相关联的复位开关（RST）连接到阵列供电端子，在所述阵列供电端子处提供所述像素供电电压（VDDPIX），并且其中，所述方法还包括基于所述校正值调整用于控制所述复位开关（RST）的控制信号的高电平。
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