CN1838741A - 固态图像感应设备及使用列间模拟域信号和的子采样方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种固态图像感应设备和使用列间模拟域信号加和进行子采样的方法，其中，在固态图像感应设备中，CDS单元接收来自APS阵列中相同色彩的相邻列的复位信号，接收来自产生复位信号的像素的视频信号，并产生分别对应于复位信号和视频信号之间差值的调制信号，根据先前调制信号的激活来激活所述调制信号，数字信号输出电路根据最终的调制信号来产生相应的数字信号，所述最终的调制信号对应于调制信号中列间模拟视频信号之和。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像感应，更具体地说，涉及一种用于图像感应设备子采样的电路和方法。
背景技术
电荷耦合设备(CCD)已经广泛用作固态图像感应设备。随着半导体工业的发展，CCD快速发展并最终应用于高性能小照相机。尽管CCD是重要的图像拾取设备，但数字照相机的核心元件，CCD传感器消耗了相对大量的能量，且不适宜高速操作。因此，已经开发了能实现超过几百个像素的高分辨率的CMOS图像传感器(CIS)。该CIS如此高度集成，从而可以设置非常大量的像素，以执行快速数据扫描。此外，CIS功耗较少，其大约为CCD功耗的1/5，并具有较低的制造成本。因而，可以相对低的成本制造大尺寸的CIS。使用制造MOSFET或CMOS晶体管的处理在芯片上制造CIS，因而可在相同的芯片上形成信号处理电路，同时减小连接线的数目。此外，可用低于驱动CCD的电压的电压操作该CIS，且可在相同的芯片上设置其外围电路。这减小了CIS的尺寸。因此，在未来数字视频系统中，作为CCD固态图像感应设备的可选择的或可替代的设备，CIS是很重要的图像感应设备。
CIS型固态图像感应设备可用于蜂窝电话照相机、数字静态照相机等等。从固态图像感应设备输出的色彩图像数据(R，G和B数据)驱动显示设备，如液晶显示器(LCD)。在使用CIS型固态图像感应设备的系统中，固态图像感应设备的操作的子采样模式输出减小了垂直分辨率的视频信号。当不需要高分辨率显示时，例如当显示运动图像显示，预览将被捕获的图像，或设置自动聚焦时，子采样模式支持高帧速率。
图1是常规的CIS型固态图像感应设备100的方块图。参照图1，常规的CIS型固态图像感应设备100包括有源(active)像素传感器(APS)阵列110、行驱动器120、和模拟-数字转换器(ADC)130。行驱动器120接收来自行解码器(未示出)的控制信号，模拟-数字转换器130接收来自列解码器(未示出)的控制信号。固态图像感应设备100还包括控制器(未示出)，用于产生定时控制信号和寻址信号以输出被选择及被感应的每个像素的视频信号。在固态图像感应设备100中，总体上，在构成APS阵列110的每个像素上设置色彩过滤器，从而仅具有特定色彩的光从像素输出。为了构造色彩信号，在APS阵列110上设置至少三种色彩过滤器。最一般的色彩过滤器阵列具有拜尔(Bayer)图案，其中红色和绿色图案设置在一行中，绿色和蓝色图案设置在另一行中。这里，在所有行中设置与亮度信号密切相关的绿色图案，且在行中交替设置红色和蓝色图案，以提高亮度分辨率。具有超过一百万像素的CIS用于数字静态照相机，以提高分辨率。
在CIS型固态图像感应设备100中，APS阵列110使用光电二极管感应光并将所感应的光转换成电信号，以产生视频信号。APS阵列110输出的视频信号包括红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)模拟信号。模拟-数字转换器130接收APS阵列110输出的模拟视频信号，并将模拟视频信号转换成数字信号。
在图1所示的常规CIS型固态图像感应设备100中，模拟-数字转换器130使用相关双采样(Correlated Double Sampling)(CDS)方法将由光电二极管所感应到的视频信号转换成数字信号，所述方法在U.S.专利第5,982,318号和U.S.专利第6,067,113号中公开。CDS模拟-数字转换分为从APS阵列110接收复位信号的步骤和接收由光电二极管感应到的视频信号的步骤，从而将视频信号转换成数字信号。
图2是对于每列的相关双采样(CDS)单元160的电路图，其包含在图1的模拟-数字转换器130中。参照图2，APS阵列110的光电二极管在预定周期无论何时重新感应光，在光电二极管给CDS单元160输出新感应到的视频信号VSIG之前，APS阵列110给CDS单元160输出复位信号VRES。列CDS电路131使用斜坡(ramp)信号VRAMP放大复位信号VRES和视频信号VSIG之间的差值。参照图3，全部接通CDS电路131中的开关S1，S2，S3和S4，在时刻(1)处复位信号VRES被输入到列CDS电路131。在时刻(2)处，只接通开关S1和S2，所感应到的视频信号VSIG被输入到列CDS电路131。在时刻(3)处，断开所有的开关S1，S2，S3和S4并激活斜坡信号VRAMP。因而，随着斜坡信号VRAM增加，存储在电容器C1和C2中的复位信号VRES和视频信号VSIG之间的差值也增大。通过放大器AMP 1和AMP 2产生输出信号OUT(输出)，所述输出信号当所增加的差值超过了预定参考电平时被激活。这里，因为复位信号VRES和视频信号VSIG之间的差值增加，激活输出信号OUT时的时刻被延迟。
列CDS电路131的输出信号OUT在预定电路中转换成与其脉冲宽度成比例的数字值。在随后的处理器中插入转换的数字信号并驱动显示设备，如LCD。
当CIS固态图像感应设备捕获静态图像时，输出由APS阵列110的光电二极管感应到的所有像素的视频信号。然而在子采样模式中，输出降低了分辨率的视频信号。例如，在APS阵列具有超扩展图形适配器(Super eXtendedGraphic Adapter)(SXGA)分辨率的CIS型固态图像感应设备的情形中，当固态图像感应设备拍摄静态图像时，其输出SXGA级视频信号。然而，在包含运动图像显示操作、预览操作和自动聚焦操作的子采样模式操作中，固态图像感应设备输出视频图形适配器(VGA)级视频信号。作为基准，SXGA分辨率的像素数是1280×1024，VGA分辨率的像素数是640×480。在典型的例子中，在子采样模式中，甚至具有甚扩展图形适配器(Ultra eXtendedGraphics Adapter)(UXGA)分辨率的APS阵列的CIS型固态图像感应设备输出小于VGA级分辨率的视频信号，从而降低处理数据的数量。作为基准，UXGA分辨率的像素数目是1600×1200。
在常规CIS型固态图像感应设备100的子采样模式中，只有以预定间隔设置的特定行和列的视频信号输出到模拟-数字转换器130，从而降低垂直分辨率。为了将SXGA分辨率降低到VGA分辨率，例如，从与两行和两列对应的像素数据只选择与一行和一列交点对应的数据，移除其它数据，从而将分辨率降低一半。当从与许多行和列对应的数据只选择与一行和列对应的数据时，进一步降低了分辨率，因而进一步降低了处理数据的数量。
不幸的是，在常规CIS型固态图像感应设备100的子采样模式中，还存在未使用而是被丢弃的视频信号VSIG。这增大了信噪比(SNR)畸变，从而导致了在显示器上不能平滑地显示斜线的混叠。
发明内容
本发明提供了一种固态图像感应设备，其使用模拟域中列视频信号之和来支持子采样，而没有丢弃从APS阵列输出的任何列视频信号，从而提高了子采样模式中的SNR。
本发明还提供了一种驱动固态图像感应设备的方法，所述固态图像感应设备使用模拟域中的列视频信号之和来支持子采样。
依照本发明的一个方面，提供了一种固态图像感应设备，其包括有源像素传感器(APS)阵列，相关双采样(CDS)单元，和数字信号输出电路。APS阵列包括以二维矩阵形式设置的像素并在选择行中产生各列的复位信号和视频信号。CDS单元接收来自相同色彩的相邻列的复位信号，接收来自产生复位信号的像素的视频信号，并产生分别与复位信号和视频信号之间差值对应的调制信号，以根据先前调制信号的激活来激活每个调制信号。数字信号输出电路根据当调制信号中最终被激活的调制信号的逻辑状态变化时的时刻来产生相应的数字信号。最终激活的调制信号的逻辑状态变化的时刻对应于相同色彩的复位信号和视频信号之间差值的和。
在本发明的一个方面中，CDS单元产生列的调制信号，当来自该列的复位信号和视频信号之间的差值响应于斜坡信号而达到参考电平时所述列的调制信号被激活，并产生具有与所述列色彩相同的下一列的调制信号，当按照先前产生的调制信号的激活，该下一列的复位信号和视频信号之间的差值响应于斜坡信号而达到参考电平时，该下一列的调制信号被激活。
在本发明的另一个方面中，CDS单元产生分别对应于与复位信号或视频信号数目一样多的相邻行的调制信号组，并把调制信号组中最终被激活的调制信号的脉冲宽度相加。数字信号输出电路根据和值产生相应的数字信号，所述相邻行具有与被选择的行相同的图案。
数字信号输出电路把从调制信号组中最终被激活的调制信号产生的数字信号相加，所述调制信号组对应于与复位信号或视频信号数目一样多的相邻的行。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于驱动固态图像感应设备的方法，包括：在APS阵列中的选择行中产生各列的复位信号和视频信号，在APS阵列中，像素以二维矩阵形式设置；接收来自相同色彩的相邻列的复位信号；接收来自产生复位信号的像素的视频信号；产生分别对应于复位信号和视频信号之间的差值的调制信号，以根据先前调制信号的激活来激活每个调制信号；以及根据当调制信号中最终被激活的调制信号的逻辑状态变化时的时刻产生相应的数字信号。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例性的实施例，本发明上面的和其它的特征和优点将变得更加显而易见，其中：
图1是常规CIS型固态图像感应设备的方块图；
图2是在图1的模拟-数字转换器中包含的CDS单元的电路图；
图3是解释图2的CDS单元操作的时序图；
图4是依照本发明实施例的固态图像感应设备的方块图；
图5图解了图4的APS阵列的色彩图案；
图6是构成图4中APS阵列的单位像素电路的电路图；
图7是构成图4中模拟-数字转换单元的CDS单元的电路图；
图8是解释图7中CDS单元操作的时序图；
图9是解释图7的CDS单元中列间模拟域信号之加和的时序图；以及
图10是构成图4的模拟-数字转换单元的数字信号输出电路的方块图。
具体实施方式
现在将参照附图更完整地描述本发明，附图中显示了本发明的示例性实施例。然而，可以以许多不同的形式实施本发明，而不能把本发明解释为限于这里列出的实施方案；而是，提供这些实施方案是为了使本发明详细和完整，并将本发明的概念全面传达给本领域的技术人员。在附图中，相同的参考标号指代相同的元件。
图4是依照本发明实施方案的CMOS图像传感器(CIS)型固态图像感应设备200的方块图。固态图像感应设备200包括有源像素传感器(APS)阵列210、行驱动器220和模拟-数字转换单元230。模拟-数字转换单元230包括相关双采样(CDS)单元231和数字信号输出电路232。
设置在蜂窝电话、数字静态照相机或类似设备中的CIS型固态图像感应设备200捕获图像并将图像转换成电信号，以输出数字视频信号。
APS阵列210使用由行驱动器220产生的控制信号TX、复位控制信号RX和用于选择APS阵列210的行的行选择信号SEL来从所选择行的像素产生各列的复位信号VRES和视频信号VSIG。模拟-数字转换单元230从在APS阵列210中产生的复位信号VRES和视频信号VSIG来产生与所捕获的图像对应的数字色彩信号R，G和B。产生的数字色彩信号R，G和B插入随后的处理器中，然后在显示器，如液晶显示器(LCD)上显示。
图5图解了图4的APS阵列210的色彩图案。APS阵列210使用光电二极管感应外部光并将所感应到的光转换成电信号，从而输出相应的视频信号。光电二极管分别设置在以二维矩阵形式设置在APS阵列210中的像素中。假定APS阵列210的色彩过滤器图案具有图5中所示的拜尔图案。在由在连续的行选择信号SEL1，SEL2，SEL3，......中相应的行选择信号所选择的行中产生第一和第二色彩信号G和B，在由相应的行选择信号选择的另一行中产生第一色彩信号G和第三色彩信号R。这样，交替重复产生色彩信号。在可选择的实施方案中，像素阵列图案不限于拜尔图案，而是可具有各种形式。
图6是构成图4中APS阵列210的单位像素电路210的电路图。为了从APS阵列210中的每个像素产生相应的色彩信号，构成APS阵列210的单位像素电路600响应于复位控制信号RX在通过行选择信号SEL选择的行中产生复位信号VRES，并响应于转移控制信号TX从光电二极管PD产生光电转换的视频信号VSIG。
例如，单位像素电路600包括四个MOSFET M1，M2，M3和M4和单个光电二极管PD。当行选择信号SEL激活到逻辑高状态时，通过源极跟随器M3的源极输出响应于复位控制信号RX而从电源VDD传输的节点FD1处的电压。通过源极跟随器M3的源极输出的节点FD1处的电压作为晶体管M1的源极与偏压电路CS1之间的复位信号VRES而输出到CDS单元231。当转移控制信号TX激活到逻辑高状态时，复位控制信号RX在逻辑低状态中，且来自光电二极管PD的光电转换的视频信号VSIG输出到晶体管M1的源极与偏压电路CS1之间的CDS单元231。
CDS单元231产生分别对应于各列的复位信号VRES和视频信号VSIG之间的差值的调制信号。在本实施方案的固态图像感应设备中，CDS单元231在子采样模式中产生与降低的分辨率的组中模拟视频信号之和对应的模拟调制信号。数字信号输出电路232将模拟调制信号转换成对应的数字信号。
图7是构成图4的模拟-数字转换单元的CDS单元231的电路图。参照图7，CDS单元231包括在控制器的控制下对于各列共同切换的开关S2、在控制器和先前列的调制信号的控制下切换的开关S11，S12，S13和S14、和分别产生各列的调制信号的CDS电路241，242，243和244。
开关S2响应于控制器的控制信号来切换，从而分别给CDS电路241，242，243和244输出斜坡信号VRAMP。开关S11，S12，S13和S14响应于控制器的控制信号来切换，从而分别给CDS电路241，242，243和244输出分别在选择行的列中产生的复位信号VRES和视频信号VSIG。
每个CDS电路241，242，243和244都包括第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3、第一放大器A1、第二放大器A2、第三开关S3和第四开关S4。第一电容器C1连接在从APS阵列210转移相应的复位信号VRES和视频信号VSIG的开关S11，S12，S13或S14的输出端与第一放大器A1的输入端VIN1，VIN2，VIN3或VIN4之间。第二电容器C2连接在转移斜坡信号VRAMP的开关S2的输出端与开关S11，S12，S13或S14的输出端之间。第三电容器C3连接在第一放大器A1的输出端与第二放大器A2的输入端之间。第一放大器A1将输入到其中的信号与参考电平VREF作比较并放大比较的结果。第二放大器A2放大输入到其中的信号，以使其稳定。第三开关S3连接在第一放大器A1的输入端与输出端之间，第四开关S4连接在第二放大器A2的输入端与输出端之间。当通过开关S11，S12，S13或S14从APS阵列210传输复位信号VRES时，第三和第四开关S3和S4短路，从而分别复位放大器A1和A2。第三电容器C3、第二放大器A2和第四开关S4是用于稳定第一放大器A1的输出信号的任选元件。
图7图解了由对应于相同色彩的四列(奇数列或偶数列)的四个CDS电路241，242，243和244组成的CDS单元231，从而实现1/4分辨率的子采样模式。在图7中，只显示了1/4分辨率的一组CDS电路241，242，243和244，省略了其它的CDS电路组。省略的其它CDS电路组的操作与CDS电路241，242，243和244组的操作相同。对于1/2分辨率，使用对应于两列的CDS电路组。这样，对于各种降低的分辨率，如1/3，1/5，1/6分辨率，可以以各种形式将CDS电路分组。
当接通CDS电路241，242，243和244每一个的第三开关S3时，来自APS阵列210的复位信号VRES通过开关S11，S12，S13或S14传送给第一电容器C1。当断开第三开关S3时，来自APS阵列210的视频信号VSIG通过开关S11，S12，S13或S14传送给第一电容器C1。因此，CDS电路241，242，243和244产生各列的复位信号VRES和视频信号VSIG之间的差值并且分别产生调制信号OUT(输出)1，OUT2，OUT3和OUT4，当差值响应于斜坡信号VRAMP而达到参考电平VREF时，所述调制信号OUT1，OUT2，OUT3和OUT4被激活。
在除了子采样模式之外的正常模式中，开关S11，S12，S13和S14响应于控制器的控制信号而单独操作。因此，CDS电路241，242，243和244在正常模式中产生调制信号OUT1，OUT2，OUT3和OUT4。数字信号输出电路232将模拟调制信号OUT1，OUT2，OUT3和OUT4转换成相应的数字信号。
然而，在子采样模式中，CDS电路241，242，243和244产生对应于各列的视频信号之和的模拟调制信号。就是说，子采样模式中开关S11，S12，S13和S14的操作与它们在总体模式中的操作不同。当它们开始从APS阵列210接收视频信号VSIG时，接通每个开关S11，S12，S13和S14。然而，通过在CDS电路241中产生的调制信号OUT1来控制开关S12，通过在CDS电路242中产生的调制信号OUT2控制开关S13，通过在CDS电路243中产生的调制信号OUT3控制开关S14。因而，四列视频信号之和反映在CDS电路244中产生的模拟调制信号OUT4上。数字信号输出电路232将模拟调制信号OUT4转换成相应的数字信号。因此，可实现1/4分辨率的子采样。
现在将参照图8和9更加详细地解释图7中CDS单元231的操作。图8是解释图7中CDS单元231操作的时序图，图9是解释CDS单元231中列间模拟信号加和的时序图。
参照图8，全部接通开关S11，S12，S13和S14，在时刻(1)，采样各列的复位信号VRES。这里，也接通开关S2，S3和S4，以将电容器C1，C2和C3以及放大器A1和A2复位。因此，CDS电路241，242，243和244接收相同色彩的四列复位信号，并分别存储对应于电容器C 1中复位信号的电荷。
在时刻(2)，接通开关S2，S11，S12，S13和S14，以从产生复位信号的像素采样视频信号。因此，对应于复位信号VRES和视频信号VSIG之间的差值的电荷分别存储在各个CDS电路241，242，243和244的电容器C1中。当复位信号VRES和视频信号VSIG分别输入到CDS电路241，242，243和244中且对应于复位信号VRES和视频信号VSIG之间差值的电荷分别存储在各个CDS电路241，242，243和244的电容器C1中时，激活斜坡信号VRAMP，使其逐渐增加到时刻(3)的预定电平。各个CDS电路241，242，243和244的第一放大器A1分别响应于通过开关S2传输的斜坡信号VRAMP而产生相应列的调制信号(参照图9)，所述相应列的调制信号当第一放大器A1的输入端VIN1，VIN2，VIN3和VIN4的电压电平达到参考电平VREF时被激活。
然而，各个CDS电路241，242，243和244的第一放大器A1非同时地输出响应于斜坡信号VRAMP而增加的电压，因为开关S11，S12，S13和S14在不同时刻断开。首先，开关S11在时刻(3)断开，因而CDS电路241的第一放大器A1的输入端VIN1的电压电平响应于通过开关S2传输的斜坡信号VRAMP而逐渐增加，其中所述电压电平具有对应于相应的复位信号VRES和相应的视频信号VSIG之间差值的值。CDS电路241的第一放大器A1将其输入端VIN1的电压电平与参考电平VREF作比较并产生(N+1)列的调制信号OUT1，当输入端VIN1的电压电平达到参考电平VREF时所述(N+1)列的调制信号OUT1被激活。
因此，当在CDS电路241中产生的(N+1)列的调制信号OUT1被激活时断开开关S12。然后，CDS电路242的第一放大器A1响应于通过开关S2传输的斜坡信号VRAMP而产生(N+3)列的调制信号OUT2，当CDS电路242的第一放大器A1的输入端VIN2的电压电平达到参考电平VREF时所述(N+3)列的调制信号OUT2被激活。
随后，当在CDS电路242中产生的(N+3)列的调制信号OUT2被激活时断开开关S13。因此，CDS电路243的第一放大器A1响应于通过开关S2传输的斜坡信号VRAMP而产生(N+5)列的调制信号OUT3，当CDS电路243的第一放大器A1的输入端VIN3的电压电平达到参考电平VREF时所述(N+5)列的调制信号OUT3被激活。当在CDS电路243中产生的(N+5)列的调制信号OUT3被激活时断开开关S14。然后，CDS电路244的第一放大器A1响应于通过开关S2传输的斜坡信号VRAMP而产生(N+7)列的调制信号OUT4，当CDS电路244的第一放大器A1的输入端VIN4的电压电平达到参考电平VREF时所述(N+7)列的调制信号OUT4被激活。
如上所述，CDS电路241，242，243和244根据先前调制信号的激活来激活调制信号，从而产生对应于复位信号和视频信号之间差值的调制信号。在子采样模式中，CDS电路241，242，243和244中产生的所有调制信号都没有被转换成数字信号。四列视频信号之和反映在CDS电路244中产生的调制信号OUT4上，且数字信号输出电路232只将模拟调制信号OUT4转换成相应的数字信号。因此，可实现1/4分辨率的子采样。
图10是构成图4模拟-数字转换单元的数字信号输出电路232的方块图。参照图10，数字信号输出电路232包括计数器251和锁存器252。当斜坡信号VRAMP升高时计数器251开始计数，并给锁存器252输出计数值，所述计数值对应于当每个CDS电路中产生调制信号的逻辑状态时的时刻。锁存器252存储并输出从计数器251接收的计数值。在本实施方案的固态图像感应设备中，特别地，基于当最终被激活的调制信号OUT4的逻辑状态按照子采样的先前调制信号OUT1，OUT2和OUT3的激活而改变时的时刻，数字信号输出电路232产生相应的数字信号。这里，复位信号和视频信号之间的差值之和反映在当调制信号OUT4的逻辑状态改变时的时刻，如上所述。
利用CDS单元231的基本操作，使用相同色彩的N×N像素的模拟视频信号或数字视频信号的加和，能够增加在数字输出信号上反映视频信号的速率，从而减小SNR畸变。
具体地说，为了使用来自相同色彩的N×N像素的视频信号的模拟加和，CDS单元231可产生分别对应于相邻行的调制信号组，所述相邻行与在所选择行中相同色彩的列中产生的复位信号或视频信号的数目一样多。相邻行具有与所选择行相同的图案。这里，在产生的调制信号组中，CDS单元231可执行最终被激活的调制信号的脉冲宽度的模拟加和，如图8和9中所示。当数字信号输出电路232将该和转换成相应的数字信号时，使用来自相同色彩的N×N像素的视频信号可获得1/N分辨率的子采样。
此外，为了使用来自相同色彩的N×N像素的视频信号的数字加和，数字信号输出电路232可产生对应于在调制信号组中最终被激活的调制信号的数字信号，并存储该数字信号，其中所述调制信号组对应于相邻行，所述相邻行与在所选择行中相同色彩的列中产生的复位信号或视频信号的数目一样多。当数字信号输出电路232把对应于最终被激活的调制信号的数字信号相加并输出该加和的信号时，使用来自相同色彩的N×N像素的视频信号可获得1/N分辨率的子采样。
如上所述，在依照本发明的CIS型固态图像感应设备200中，CDS单元231接收来自APS阵列210的相同色彩的相邻列的复位信号，并接收来自产生复位信号的像素的视频信号，并产生分别对应于复位信号和视频信号之间差值的调制信号。当激活先前的调制信号或响应于其时，激活每个调制信号。根据当在调制信号中被最终激活的调制信号的逻辑状态改变时的时刻，数字信号输出电路232产生相应的数字信号。
通过以与CCD中电荷加和相似的方式使用所有列或行的视频信号，而不丢弃任何视频信号，来在子采样模式中操作依照本发明的CIS型固态图像感应设备。这增加了视频信号电平，从而减小了SNR畸变并降低了在显示器上出现的混叠噪声(aliasing noise)。因此，本发明的CIS型固态图像感应设备可用于移动系统，如蜂窝电话、数字静态照相机等，从而在运动图像显示或预览的情况中提高子采样的显示质量。
尽管参照示例性的实施方案具体显示和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离由下面权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上作各种修改。
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119，本申请要求2005年3月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2005-0019572号的外国优先权，其内容在这里整体结合作为参考。
Claims (21)
1.一种固态图像感应设备，包括：
有源像素传感器(APS)阵列，其中像素以二维矩阵形式设置，所述APS阵列产生所选择行中各列的复位信号和视频信号；
相关双采样(CDS)单元，接收来自相同色彩的相邻列的复位信号，接收来自产生复位信号的像素的视频信号，以及产生分别与复位信号和视频信号之间的差值对应的调制信号，以根据先前调制信号的激活来激活每个调制信号；以及
数字信号输出电路，根据当调制信号中最终激活的调制信号的逻辑状态改变时的时刻来产生相应的数字信号。
2.根据权利要求1所述的固态图像感应设备，其中，当最终激活的调制信号的逻辑状态改变时的时刻对应于相同色彩的复位信号和视频信号之间的差值之和。
3.根据权利要求1所述的固态图像感应设备，其中，所述CDS单元产生列的调制信号，当来自所述列的复位信号和视频信号之间的差值响应于斜坡信号而达到参考电平时所述列的调制信号被激活，并且所述CDS单元产生具有与所述列的色彩相同的下一列的调制信号，当根据先前产生的调制信号的激活，所述下一列的复位信号和视频信号之间的差值响应于斜坡信号而达到参考电平时，所述下一列的调制信号被激活。
4.根据权利要求1所述的固态图像感应设备，其中，所述CDS单元产生分别对应于与复位信号或视频信号的数目一样多的相邻行的调制信号组，并把调制信号组中最终激活的调制信号的脉冲宽度相加，所述数字信号输出电路根据该加和的值而产生相应的数字信号，所述相邻行具有与所选择的行相同的图案。
5.根据权利要求1所述的固态图像感应设备，其中，所述数字信号输出电路把从调制信号组中最终激活的调制信号产生的数字信号相加，所述调制信号组对应于与复位信号或视频信号的数目一样多的相邻的行。
6.根据权利要求1所述的固态图像感应设备，其中，所述固态图像感应设备为CIS型。
7.根据权利要求1所述的固态图像感应设备，其中，所述APS阵列具有拜尔图案像素结构。
8.根据权利要求1所述的固态图像感应设备，其中，所述CDS单元包括：
第一开关，传送斜坡信号；
第二开关，传送复位信号和视频信号；以及
CDS电路，产生复位信号和视频信号之间的差值并产生调制信号，当所述差值分别响应于斜坡信号而达到参考电平时所述调制信号被激活，所述CDS电路包含在各列中，当在先前列中产生的调制信号被激活时断开第二开关。
9.根据权利要求8所述的固态图像感应设备，其中，每个所述CDS电路包括：
第一电容器，连接在第二开关的输出端与第一节点之间；
第二电容器，连接在第二开关的输出端与第一开关的输出端之间；
放大器，将第一节点的信号与参考电平作比较，并将比较的结果放大；以及
第三开关，连接在第一节点与放大器的输出端之间，当所述第三开关接通时将相应的复位信号传送到第一电容器，当所述第三开关断开时将相应的视频信号传送到第一电容器。
10.一种驱动固态图像感应设备的方法，包括：
在APS阵列中的所选择行中产生各列的复位信号和视频信号，在所述APS阵列中像素以二维矩阵形式设置；
接收来自相同色彩的相邻列的复位信号；
接收来自产生复位信号的像素的视频信号；
产生分别与复位信号和视频信号之间差值对应的调制信号，以根据先前调制信号的激活来激活每个调制信号；以及
根据当调制信号中最终激活的调制信号的逻辑状态改变时的时刻来产生相应的数字信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，当所述最终激活的调制信号的逻辑状态改变时的时刻对应于相同色彩的复位信号和视频信号之间的差值之和。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，产生调制信号包括：
产生列的调制信号，当来自所述列的复位信号和视频信号之间的差值响应于斜坡信号而达到参考电平时所述列的调制信号被激活；以及
产生具有与所述列相同色彩的下一列的调制信号，当按照先前产生的调制信号的激活，所述下一列的复位信号和视频信号的差值响应于斜坡信号而达到参考电平时，所述下一列的调制信号被激活。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
产生分别对应于与复位信号或视频信号的数目一样多的相邻行的调制信号组，所述相邻行具有与所选择行相同的图案；
将调制信号组中最终激活的调制信号的脉冲宽度相加；以及
根据所加和的值产生相应的数字信号。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括把从调制信号组中最终激活的调制信号产生的数字信号相加，所述调制信号组对应于与复位信号或视频信号的数目一样多的相邻的行。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述固态图像感应设备为CIS型。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述APS阵列具有拜尔图案像素结构。
17.一种图像感应设备，包括：
有源像素感应装置，具有以二维矩阵设置的像素，用于产生所选择行中各列的复位信号和视频信号；
相关双采样装置，与有源像素感应装置信号通信，用于接收来自相同色彩的相邻列的复位信号，接收来自产生复位信号的像素的视频信号，以及产生分别与复位信号和视频信号之间的差值对应的多个调制信号，以响应于先前调制信号来激活多个调制信号中每个的随后的一个；以及
数字信号输出装置，与相关双采样装置信号通信，用于响应于当多个调制信号中最终激活的调制信号的逻辑状态改变时的时刻来产生相应的数字信号。
18.根据权利要求17所述的图像感应设备，其中，所述相关双采样装置被设置用于产生第一列的调制信号，当来自所述第一列的复位信号和视频信号之间的差值响应于斜坡信号而达到参考电平时所述第一列的调制信号被激活，并且所述相关双采样装置用于产生下一相同色彩列的调制信号，当所述下一相同色彩列的复位信号和视频信号的差值响应于斜坡信号和第一列调制信号的激活而达到参考电平时，所述下一相同色彩列的调制信号被激活。
19.根据权利要求18所述的图像感应设备，所述相关双采样装置包括：
第一开关，设置为用于传送斜坡信号；
第二开关，设置为用于传送复位信号和视频信号；以及
多个相关双采样电路，设置为用于产生复位信号和视频信号之间的差值并产生调制信号，当所述差值分别响应于斜坡信号而达到参考电平时所述调制信号被激活，所述相关双采样电路包含在各列中，当在先前列中产生的调制信号被激活时断开第二开关。
20.根据权利要求19所述的图像感应设备，其中，多个相关双采样电路的每一个包括：
第一电容器，连接在第二开关的输出端与第一节点之间；
第二电容器，连接在第二开关的输出端与第一开关的输出端之间；
放大器，把第一节点的信号与参考电平作比较并将比较的结果放大；以及
第三开关，连接在第一节点与放大器的输出端之间，当第三开关接通时将相应的复位信号传送到第一电容器，当第三开关断开时将相应的视频信号传送到第一电容器。
21.根据权利要求17所述的图像感应设备，还包括：
第一产生器装置，用于在APS阵列中产生所选择行中各列的复位信号和视频信号，在所述APS阵列中像素以二维矩阵形式设置；
第一接收器装置，用于接收来自相同色彩的相邻列的复位信号；
第二接收器装置，用于接收来自产生复位信号的像素的视频信号；
第二产生器装置，用于产生分别与复位信号和视频信号之间差值对应的调制信号，以根据先前调制信号的激活来激活每个调制信号；以及
第三产生器装置，用于根据当调制信号中最终激活的调制信号的逻辑状态改变时的时刻来产生相应的数字信号。
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