DE102010036960A1

DE102010036960A1 - Bildsensor, Verfahren zum Betreiben desselben und Bildaufnahmevorrichtung mit demselben

Info

Publication number: DE102010036960A1
Application number: DE102010036960A
Authority: DE
Inventors: Byung-Jo Kim; Tae Chan Yongin Kim; Kyoung Min Hwaseong Koh; Kyung-Min Suwon Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2030-08-13
Also published as: DE102010036960B4; CN102025928B; US9148598B2; KR20110026891A; KR101633282B1; CN102025928A; JP5629537B2; US20110058081A1; US20140204258A1; JP2011061793A; US8698929B2

Abstract

Der Bildsensor (10) enthält eine Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m), eine Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m) und eine Auswahlschaltung (53-1, 53-2, ..., 53-m). Die Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) sind alle mit einem entsprechenden einer Mehrzahl von Pixeln (21) verbunden. Die Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m) sind alle mit einer entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) verbunden. Die Auswahlschaltung (53-1, 53-2, ..., 53-m) ist ausgebildet zum Aktivieren eines Teils der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m) auf der Grundlage einer Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 9. September 2009 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum (KIPO) eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2009-0084735 , deren Inhalte hierin durch Inbezugnahme aufgenommen werden.
HINTERGRUND
1. Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf einen Bildsensor, z. B. auf einen Bildsensor, der eine oder mehrere auszulesende Spaltenleitungen von einer Mehrzahl von Spaltenleitungen im Voraus auswählt und von den einigen ausgewählten Spaltenleitungen ausgegebene Signale verarbeitet, auf ein Verfahren zum Betreiben des Bildsensors und auf eine Bildaufnahmevorrichtung mit dem Bildsensor.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Gegenwärtig wird ein CMOS-Bildsensor in vielen Gebieten eingesetzt und verwendet. Zum Beispiel wird der CMOS-Bildsensor in tragbaren Mobilgeräten verwendet.
Die meisten tragbaren Mobilgeräte verwenden verschiedene Anwendungschips zum Implementieren von mehreren Funktionen. Jedoch sind die Leistungsquellen bei einer tragbaren Vorrichtung beschränkt. Wenn daher Leistung von mehreren Anwendungschips in dem tragbaren Mobilgerät aufgenommen wird, kann die Leistungsnutzung ein wichtiger Faktor für den verlängerten Gebrauch des Mobilgeräts sein. Um dementsprechend ein Mobilgerät für eine längere Zeit mit einer einzigen Aufladung zu verwenden, muss die in den mehreren Anwendungschips aufgenommene Leistung verringert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende allgemeine Erfindung stellt einen Bildsensor bereit, der unnötige Leistungsaufnahme verringern kann durch Auswählen eines Teils oder nur einiger auszulesender Spaltenleitungen von einer Mehrzahl von Spaltenleitungen im Voraus und durch Verarbeiten der von den einigen ausgewählten Spaltenleitungen ausgegebenen Signale, einer Bildaufnahmevorrichtung mit dem Bildsensor sowie einem Spaltenleitungssteuerverfahren des Bildssensors. Zusätzlich stellt die vorliegende allgemeine Erfindung eine Zeitsteuerung bereit, die in dem Bildsensor verwendet werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Bildsensors das Aktivieren eines Teils der auszulesenden Spaltenleitungen von allen in einer Pixelmatrix ausgebildeten Spaltenleitungen durch Verwenden von Spaltenadressen während einer vertikalen Austastlücke sowie das Verarbeiten der von den aktivierten Spaltenleitungen ausgegebenen Pixelsignale durch Verwenden der Spaltenadressen während eines aktiven Intervalls nach der vertikalen Austastlücke. Die vertikale Austastlücke bezeichnet eine Zeitdifferenz zwischen einer letzten Zeile eines momentanen Einzelbildes und einer Anfangszeile eines nächsten Einzelbildes.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Aktivieren und das Verarbeiten durchgeführt während eines Voransichtbetriebs, wobei der Voransichtbetrieb verwendet wird zum Aufnehmen eines ersten Bildes eines Objekts mit einer geringeren Auflösung als ein endgültiges Bild des aufzunehmenden Objekts.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält das Verfahren weiter das Aktivieren des Teils von CDS-Schaltungen von einer Mehrzahl von CDS-Schaltungen durch Verwenden der Spaltenadressen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Bildsensor eine Mehrzahl von Spaltenleitungen, eine Mehrzahl von Aktivwegschaltungen und eine Auswahlschaltung. Die Mehrzahl von Spaltenleitungen sind jeweils mit einem entsprechenden von einer Mehrzahl von Pixeln verbunden. Die Mehrzahl von Aktivwegschaltungen sind jeweils mit einer entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden. Die Auswahlschaltung ist ausgebildet zum Aktivieren eines Teils der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen auf der Grundlage einer Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält jede der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen einen Schalter, der zwischen eine entsprechende von der Mehrzahl von Spaltenleitungen und Masse geschaltet ist, einen Pegelschieber, der ausgebildet ist zum Verschieben eines Pegels eines auf der Grundlage eines entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen erzeugten Auswahlsignals, und eine Schaltsteuerschaltung, die ausgebildet ist zum Steuern eines Betriebs des Schalters auf der Grundlage eines Steuersignals und eines Ausgangssignals des Pegelschiebers. Das Auswahlsignal wird durch die Auswahlschaltung erzeugt.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Bildsensor weiter eine Zeitsteuerung, die ausgebildet ist zum Erzeugen und Ausgeben von Spaltenadressen während einer vertikalen Austastlücke sowie einen Spaltendekodierer, der ausgebildet ist zum Dekodieren der Spaltenadressen und der ausgebildet ist zum Erzeugen der Mehrzahl von Spaltensignalen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Bildsensor weiter eine Ausleseschaltung, die ausgebildet ist zum Lesen von Pixelsignalen, welche von mit den aktivierten Aktivwegschaltungen verbundenen Spaltenleitungen von der Mehrzahl von Spaltenleitungen ausgegeben wurden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Ausleseschaltung verbunden mit der Mehrzahl von Spaltenleitungen und enthält eine Mehrzahl von Schaltungen für korrelierte Doppelabtastung, von denen zumindest eine aktiviert und deaktiviert wird auf der Grundlage eines entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Auswahlschaltung eine Mehrzahl von Auffangregisterschaltungen, die alle ausgebildet sind zum Speichern eines zugehörigen Signals auf der Grundlage eines entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält jede der Mehrzahl von Auffangregisterschaltungen einen Auswahlsignalgenerator, der ausgebildet ist zum Empfangen eines entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen und eines Inversionssignals und der ausgebildet ist zum Ausgeben eines entsprechenden der zugehörigen Signale, einen Inverter, der ausgebildet ist zum Ausgeben des Inversionssignals als Antwort auf ein Ausgangssignal des Auswahlsignalgenerators, sowie einen ersten Schalter, der zwischen einen Ausgangsanschluss des Auswahlsignalgenerators und Masse geschaltet ist und der als Antwort auf ein Rücksetzsignal geschaltet wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält jede der Mehrzahl von Auffangregisterschaltungen einen zweiten Schalter, der zwischen einen Ausgangsanschluss des Inverters und die Masse geschaltet ist und der als Antwort auf ein Einstellsignal geschaltet wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Mehrzahl von Pixeln ein Tiefenpixel, das ausgebildet ist zum Erzeugen einer Fotoladung, welche Wellenlängen eines Infrarotlichtspektrums entspricht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Bildsensor eine Mehrzahl von Spaltenleitungen, von denen jede mit einem entsprechenden einer Mehrzahl von Pixeln verbunden sind; und eine Zeitsteuerung, die nach dem Ausgeben der ersten Spaltenadressen zum Aktivieren eines Teils der Mehrzahl von Spaltenleitungen ausgebildet ist zum Ausgeben von zweiten Spaltenadressen, die gleich den ersten Spaltenadressen sind, zum Übertragen von von den aktivierten Spaltenleitungen ausgegebenen Pixelsignalen zu einer Ausleseschaltung.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Bildsensor einen Spaltendekodierer, der ausgebildet ist zum Dekodieren der ersten Spaltenadressen und der ausgebildet ist zum Erzeugen einer Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen, eine Mehrzahl von Aktivwegschaltungen, wobei jede mit einer entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden ist, und eine Auswahlschaltung, die ausgebildet ist zum Aktivieren eines Teils der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen auf der Grundlage der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen zum Aktivieren des Teils der Spaltenleitungen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält jede der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen einen Schalter, der zwischen eine entsprechende der Mehrzahl von Spaltenleitungen und eine Masse geschaltet ist, einen Pegelschieber, der ausgebildet ist zum Ändern eines Pegels eines auf der Grundlage eines entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen erzeugten Aktivierungssignals, und eine Schaltsteuerschaltung, die ausgebildet ist zum Steuern eines Betriebs des Schalters auf der Grundlage eines Aktivwegsteuersignals und eines Ausgangssignals des Pegelschiebers.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Bildsensor eine Mehrzahl von Schaltungen für korrelierte Doppelabtastung, die entsprechend mit der Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden sind, wobei jede der Mehrzahl von Schaltungen für korrelierte Doppelabtastungen zumindest entweder aktiviert oder deaktiviert wird als Antwort auf ein Signal, das einem entsprechenden von der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen zugeordnet ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Bildsensors das Aktivieren eines Teils von einer Mehrzahl von Spaltenleitungen als Antwort auf von einer Zeitsteuerung ausgegebenen ersten Spaltenadressen sowie das Verarbeiten von Pixelsignalen, die von den aktivierten Spaltenleitungen als Antwort auf zweite Spaltenadressen ausgegeben werden, wobei die zweiten Spaltenadressen von der Zeitsteuerung ausgegeben werden und die gleichen sind wie die ersten Spaltenadressen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Bildsensor mit einer in einem Bildsensor verwendeten Zeitsteuerung einen Spaltenadressengenerator und eine Zustandssteuerung, die ausgebildet ist zum Steuern eines Betriebs des Spaltenadressengenerators. Während eines Voransichtbetriebs gibt der Spaltenadressengenerator erste Spaltenadressen aus zum Auswählen eines Teils von einer Mehrzahl von Spaltenleitungen während einer vertikalen Austastlücke und gibt zweite Spaltenadressen aus, welche die gleichen sind wie die ersten Spaltenadressen, während eines auf die vertikale Austastlücke folgenden aktiven Zeitintervalls.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Bildsensor eine Mehrzahl von Spaltenleitungen, wobei jede mit einem entsprechenden von einer Mehrzahl von Pixeln verbunden ist, sowie eine Zeitsteuerung, die ausgebildet ist zum Ausgeben von ersten Spaltenadressen zum selektiven Aktivieren von weniger als allen der Mehrzahl von Spaltenleitungen während einer ersten Zeitspanne und die ausgebildet ist zum Ausgeben von zweiten Spaltenadressen, welche die gleichen sind wie die ersten Spaltenadressen, während einer auf die erste Zeitspanne folgenden zweiten Zeitspanne zum Übertragen von nur von den aktivierten Spaltenleitungen ausgegebenen Pixelsignalen an eine Ausleseschaltung.
Bei einem Ausführungsbeispiel aktiviert die Zeitsteuerung selektiv zumindest ungeradzahlige Spaltenleitungen, geradzahlige Spaltenleitungen oder Spaltenleitungen eines mehrfachen von K von der Mehrzahl von Spaltenleitungen, wobei K eine natürliche Zahl größer als zwei ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt jede der Mehrzahl von Spaltenleitungen Pixeldaten von einem entsprechendem der Mehrzahl von Pixeln während eines Voransichtbetriebs, wobei der Voransichtbetrieb verwendet wird zum Aufnehmen eines ersten Bildes eines Objekts mit einer geringeren Auflösung als ein endgültiges Bild des aufzunehmenden Objekts, und die Zeitsteuerung ist ausgebildet zum selektiven Aktivieren von weniger als allen der Mehrzahl von Spaltenleitungen während des Voransichtbetriebs.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Diese und/oder andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden allgemeinen Erfindung werden anschaulich und einfacher verstanden anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Figuren, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A–2D Schaltpläne des in 1 dargestellten Pixels gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigen;
3 einen Schaltplan einer in 1 dargestellten Einheitsauswahlschaltung zeigt;
4 ein Zeitverlaufsdiagramm ist, das einen Betrieb des in 1 dargestellten Bildsensors zeigt;
5 ein Blockdiagramm eines Bildsensors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 einen Teil eines in 5 dargestellten Bildsensors zeigt;
7 ein schematisches Blockdiagramm einer in 1 und 5 dargestellten Zeitsteuer zeigt;
8 ein Flussdiagramm zeigt, das einen Betrieb der in 7 dargestellten Zeitsteuer erklärt;
9 ein Flussdiagramm ist, das einen Betrieb des in 1 und 5 dargestellten Bildsensors zeigt; und
10 ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung mit dem in 1 und 5 dargestellten Bildsensor zeigt.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsbeispiele werden nun genauer mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben. Ausführungsbeispiele der Erfindung können jedoch in verschiedenen Formen ausgebildet sein und sollen nicht als auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ausgelegt werden, die im Folgendem hier ausgeführt sind. Vielmehr werden die Ausführungsbeispiele so bereit gestellt, dass deren Offenbarung genau und vollständig ist und den Umfang der Erfindung einem Fachmann vollständig vermittelt. In den Figuren kann die Dicke von Schichten und Bereichen zum Zwecke der Klarheit übertreiben dargestellt sein.
Es wird verstanden werden, dass obwohl die Begriffe erstes, zweites usw. hier verwendet werden können zum Beschreiben von verschiedenen Elementen, diese Element nicht durch diese Begriffe beschränkt sein sollen. Diese Begriffe werden nur verwendet zum Unterscheiden eines Elementes von einem anderen. Zum Beispiel könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet sein, und genauso könnte ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet sein, ohne von dem Umfang der Ausführungsbeispiele abzuweichen. Wie hier verwendet enthält der Begriff „und/oder” jeden und alle Kombinationen von einem oder mehreren der damit zusammenhängenden, aufgelisteten Gegenstände.
Räumlich relative Begriffe, wie z. B. „zumindest eines von”, „unter”, „ausgewähltes”, „ein Teil von”, „verbleibendes”, „herum”, „über”, „unterer Abschnitt” und dergleichen, können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden zum Beschreiben des Zusammenhangs eines Elementes oder Merkmals mit einem anderen Element/anderen Elementen oder einem anderen Merkmal/anderen Merkmalen wie in den Figuren dargestellt ist. Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zwecke der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken. Die begleitenden Figuren sollen nicht als maßstabsgerecht betrachtet werden außer es ist ausdrücklich erwähnt.
Es wird verstanden werden, dass wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden” oder an ein anderes Element „gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder an das andere Element gekoppelt sein kann oder dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element mit einem anderen Element „direkt verbunden” oder an ein anderes Element „direkt gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine dazwischen liegenden Element vorhanden. Andere zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendete Wörter sollen in der gleichen Art und Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „unmittelbar benachbart” usw.).
Die hier verwendete Terminologie ist nur zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen der Erfindung zu beschränken. Wie sie hier verwendet werden, sind die Singularformen „ein” und „das” so gedacht, dass sie die Pluralformen auch enthalten außer der Zusammenhang zeigt eindeutig anderes. Es wird weiter verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „enthält” und/oder „enthaltend”, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen. Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. In diesen Unterlagen wählt der Begriff „und/oder” jedes einzelne Element sowie alle Kombinationen davon aus.
Außer es ist anders definiert, besitzen alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich der technischen und wissenschaftlichen Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie von einem Fachmann für die Ausführungsformen der Erfindung gewöhnlich verstanden werden. Es wird weiter verstanden werden, dass Begriffe wie z. B. diejenigen, die in gewöhnlich verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt werden sollen, dass sie eine Bedeutung besitzen, die mit der Bedeutung im Kontext der relevanten Technik konsistent ist, und nicht in einer idealisierten oder übermäßig formalen Art und Weise ausgelegt werden sollen, außer es ist hier ausdrücklich so definiert.
Es soll außerdem bemerkt werden, dass bei einigen Alternativen Ausführungsformen die angegebenen Funktionen/Handlungen in einer anderen als der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten können. Zum Beispiel können zwei nacheinander gezeigt Figuren in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder können manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden in Abhängigkeit von dem damit verbundenen Funktionalitäten/Handlungen.
Wenn bestimmt wird, dass eine mit einer zugehörigen bekannten Funktion oder Ausgestaltung verknüpfte detaillierte Beschreibung den Zweck der Ausführungsformen der Erfindung unnötig unklar macht, wird die detaillierte Beschreibung davon ausgelassen werden. Außerdem sind hier verwendete Begriffe so definiert, dass sie die Ausführungsformen der Erfindung angemessen beschreiben und können somit in Abhängigkeit von einem Benutzer, der Absicht eines Bedieners oder eines Kunden geändert werden. Dementsprechend müssen die Begriffe auf der Grundlage der folgenden gesamten Beschreibung innerhalb dieser Unterlagen definiert werden.
Es wird nun im Detail auf die Ausführungsformen der vorliegenden allgemeinen Erfindung Bezug genommen werden, von denen Beispiele in den begleitenden Figuren dargestellt sind, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Elemente beziehen. Die Ausführungsformen sind unten beschrieben, um die vorliegende allgemeine Erfindung durch Bezugnahme auf die Figuren zu erklären.
Bei einem tragbaren Mobilgerät, wie z. B. einem tragbaren Mobilgerät mit einem CMOS-Bildsensor, kann der CMOS-Bildsensor verwendet werden beim einfangen (oder aufnehmen) eines Einzelbildes, z. B. eines Fotos, oder eines Bewegtbildes, z. B. eines Videos. Beim Aufnehmen eines Einzelbildes, z. B. eines Fotos, sieht ein Benutzer ein aufzunehmendes Objekt durch eine Bildanzeigevorrichtung, z. B. einen Flachbildschirm, des tragbaren Mobilgeräts, und sobald der Benutzer einen an dem tragbaren Mobilgerät ausgebildeten Aufnahmeknopf drückt, nimmt der CMOS-Bildsensor ein Standbild des Objekts auf.
Das Einfangen (oder Aufnehmen) eines Standbilds kann gemäß den folgenden Schritten ablaufen. Zuerst kann ein Voransichtbild von einem CMOS-Bildsensor eingefangen werden. Zweitens zeigt das tragbare Mobilgerät mit dem eingebauten CMOS-Bildsensor das eingefangene Voransichtbild einem Benutzer mit einer Bildanzeigevorrichtung an. Drittens gibt der Benutzer einen Aufnahmebefehl unter Verwendung eines an dem tragbaren Mobilgerät ausgebildeten Auslöseknopfes ab. Hierbei kann der Aufnahmebefehl Größeninformation enthalten. Viertens wird der Aufnahmebefehl an einen CMOS-Bildsensor gemäß einer internen Verarbeitung des tragbaren Mobilgeräts übertragen, und der CMOS-Bildsensor fängt ein Standbild des Objekts ein. Fünftens wird das aufgenommene Bild in einem internen Speicher des tragbaren Mobilgeräts gespeichert.
In dem Fall eines Voransichtbildes ist das Anzeigen des Bildes mit einem verringerten Datenvolumen oder geringerer Qualität oder Auflösung eines Einzelbildes vorteilhafter als einem Benutzer ein Voransichtbild einer gleichen Bildqualität oder -Auflösung zu zeigen wie eines der von dem tragbaren Mobilgerät eingefangenen Bilder, so dass die meisten tragbaren Mobilgeräte einem Benutzer ein Voransichtbild mit einem geringeren Volumen an Daten oder geringerer Qualität als ein aufgenommenes Bild mit hoher Geschwindigkeit mit einer Bildanzeigevorrichtung zeigen.
Hinsichtlich einer Eigenschaft eines aktuellen CMOS-Bildsensors verarbeitet das tragbare Mobilgerät mit dem CMOS-Bildsensor jedoch bei einer Unterabtastungs-Funktion, die bei Ausgeben des Voransichtbildes verwendet wird, von allen Pixeln ausgegebene Pixelsignale, auch wenn es unnötig sein kann, einige der Pixels in einer Zeile zu lesen. Dementsprechend kann es bei dem tragbaren Mobilgerät unnötige Leistungsaufnahme geben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Verarbeiten von Pixelsignalen, die von einer oder mehreren (z. B. einigen, einem Teil der, weniger als allen) Spaltenleitungen ausgegeben werden, die von allen in einer Pixelmatrix ausgebildeten Spaltenleitungen während eines ein Voransichtbild verarbeitenden Voransichtbetriebs ausgelesen werden müssen.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Bildsensors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 1 enthält ein Bildsensor 10 eine Pixelmatrix 20, einen vertikalen Dekodierer/Zeilentreiber 25, einen Aktivwegblock 30, eine analoge Ausleseschaltung 40, einen Datenausgabeblock 50, einen horizontalen Dekodierer 60 und eine Zeitsteuerung 70.
Die Pixelmatrix 20 enthält eine Mehrzahl von Pixeln 21. Die Mehrzahl von Pixeln 21 kann eine Mehrzahl von Farbpixeln enthalten, z. B. zumindest eine rotes Pixel, zumindest ein grünes Pixel und zumindest ein blaues Pixel.
Wenn der Bildsensor 10 als ein dreidimensionaler Bildsensor ausgebildet ist, kann die Mehrzahl von Pixeln 21 weiter zumindest einen Tiefen-(oder Z-)Pixel neben den Farbpixeln enthalten. Der zumindest eine Tiefen-Pixel kann Fotoladungen entsprechend Wellenlängen eines Infrarotlichtbereichs (oder -Spektrums) erzeugen. Zusätzlich kann die Pixelmatrix 20 eine Mehrzahl von Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m enthalten, wobei m eine natürliche Zahl ist. Eine Mehrzahl von Pixeln 21, die in einer Spaltenrichtung angeordnet sind, kann mit jeder der Mehrzahl von Spalterleitungen 22-1 bis 22-m verbunden sein.
Die 2A bis 2D zeigen Schaltpläne des in 1 dargestellten Pixels gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Wie in 2A dargestellt sind ein photoelektrisches Umwandlungselement (oder photosensitives Element PSD) und vier Transistoren RX, TX, DX und SX in einem aktiven Bereich (z. B. dem mit der gestrichelten Linie gezeigten Bereich) ausgebildet. Beug nehmend auf 2A kann das PSD Photoladungen auf der Grundlage eines darauf einfallenden Lichtes erzeugen.
Das PSD ist ein photosensitives Element und kann als eine Photodiode, als ein Phototransistor, als ein Photogate oder als eine gepinnte Photodiode (PPD) ausgebildet sein. Der Rücksetz-Transistor RX kann einen schwebenden Diffusionsbereich (FD) als Antwort auf ein Rücksetz-Signal RS zurücksetzten, das von einer Steuerschaltung, z. B. dem vertikalen Dekodierer/Zeilentreiber 25, ausgegeben wird. Der Übertragungs-Transistor TX kann von dem PSD erzeugte Photoladungen an den FD übertragen als Antwort auf ein Steuersignal TG, das von der Steuerschaltung, z. B. dem vertikalen Dekodierer/Zeilentreiber 25 ausgegeben wird. Der Treiber-Transistor X, der die Rolle eines Source-Folger-Pufferverstärkers durchführt, kann eine Puffer-Operation als Antwort auf die in dem FD gespeicherten Photoladungen durchführen. Der Auswahl-Transistor X kann ein von dem Treiber-Transistor DX ausgegebenes Pixelsignal an eine Spalterleitung ausgeben als Antwort auf ein von der Steuerschaltung, z. B. dem vertikalen Dekodierer/Zeilentreiber 25, ausgegebenes Steuersignal SEL.
Da die Pixel 21 in den 2B bis 2D zumindest einigermaßen gleich dem Pixel 21 in 2A sind wird eine Erklärung von gleichen Strukturen und/oder Operationen davon zum Zwecke der Klarheit weggelassen werden.
Wie in 2B dargestellt sind ein fotoelektrisches Umwandlungselement (PSD) und drei Transistoren RX, DX, und SX in einem aktiven Bereich ausgebildet. Bezug nehmend auf die 2A und 2B ist der Übertragungstransistor TX nicht in einem aktiven Bereich aus 2B ausgebildet. Stattdessen wird die von dem fotoelektrischen Umwandlungselement (oder fotosensitiven Element (PSD)) angesammelte Fotoladung (Fotostrom) direkt an den schwebenden Diffusionsknoten FD ausgegeben.
Wie in 2C dargestellt sind ein fotoelektrisches Umwandlungselement (PSD) und fünf Transistoren RX, TX, DX, SX und GX in einem aktiven Bereich ausgebildet. Bezug nehmend auf 2C wird ein Steuersignal TG zum Steuern eines Betriebs des Übertragungs-Transistors TX an ein Gate des Übertragungs-Transistors TX durch einen Transistor GX geliefert, der als Antwort auf ein Steuersignal SEL ein/aus schaltet.
Wie in 2D dargestellt sind ein fotoelektrisches Umwandlungselement (PSD) und fünf Transistoren RX, TX, DX, SX und PX in einem aktiven Bereich ausgebildet. Ein Transistor PX arbeitet als Antwort auf ein von dem vertikalen Dekodierer/Zeilentreiber 25 ausgegebenes Steuersignal PG und bildet einen elektrischen Pfad zwischen der fotoempfindlichen Vorrichtung PD und dem Übertragungs-Transistor TX.
Bezug nehmend auf 1 kann der vertikale Dekodierer/Zeilentreiber 25 eine Mehrzahl von Steuersignalen zum Steuern einer fotoelektrischen Umwandlungsoperation einer Mehrzahl von in einer Zeilenrichtung angeordneten Pixeln steuern. Die Mehrzahl von Steuersignalen können die in den 2A bis 2D gezeigten Signalen RS, TG, SEL und PG enthalten.
Ein Aktivwegblock 30 enthält eine Mehrzahl von Aktivwegschaltungen. Jede der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen ist mit einer entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m der Pixelmatrix 20 verbunden. Jede Aktivwegschaltung enthält einen Schalter 31-1 bis 31-m. Jede Aktivwegschaltung kann weiter gemäß Ausführungsformen eine Stromquelle enthalten. Jeder Schalter 31-1, 31-2, ..., 31-m kann einen Vorspannungsstrom an jede Spaltenleitung 22-1 bis 22-m liefern. Dementsprechend kann jede Spaltenleitung 22-1 bis 22-m gemäß einer Schaltoperation jedes Schalters 31-1, 31-2, ..., 31-m aktiviert/deaktiviert werden.
Hierbei lässt eine aktivierte Spaltenleitung auf einen Zustand schließen, bei dem ein mit der Spaltenleitung verbundenes Pixel eine Verarbeitung zum Ausgeben eines Pixelsignals durchführen kann und ein von dem Pixel ausgegebenes Pixelsignal an die analoge Ausleseschaltung 40 übertragen werden kann. Andererseits lässt eine deaktivierte Spaltenleitung nicht nur auf einen Zustand schließen, bei dem ein mit der Spaltenleitung verbundenes Pixel keine Verarbeitung zum Ausgeben eines Pixelsignals durchführt, sondern lässt außerdem auf einen Zustand schließen, bei dem kein Pixelsignal von dem Pixel ausgegeben wird.
Jeder Schalter 31-1, 31-2, ..., 31-m kann ein/aus geschaltet werden durch einen entsprechenden Transistor gemäß einem Pegel jedes Auswahlsignals PS1, PS2, ..., PSm, das an ein entsprechendes Gate davon von jeder Einheitsauswahlschaltung 53-1, 53-2, ..., 53m des Datenausgabeblocks 50 ausgegeben wird. Wenn zum Beispiel ein Schalter 31-1 ein geschaltet wird als Antwort darauf, dass ein Auswahlsignal PS1 einen hohen Pegel besitzt, wird eine Aktivwegschaltung mit dem Schalter 31-1 aktiviert und eine mit der Aktivwegschaltung verbundene Spaltenleitung 22-1 wird dementsprechend aktiviert. Daher kann ein von einem mit der Spaltenleitung 22-1 verbundenen Pixel ausgegebenes Pixelsignal PX1 an eine analoge Ausleseschaltung 40 durch die Spalteinleitung 22-1 übertragen werden. Ein Betrieb jeder Einheitsauswahlschaltung 53-1, 53-2, ..., 53-m wird mit Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben werden.
Die analoge Ausleseschaltung 40 ist eine Signalverarbeitungsschaltung, die jedes Pixelsignal PX1, PX2, ... PXm verarbeiten kann, das von jeder Spaltenleitung 22-1 bis 22-m ausgegeben wird. Jedoch kann die analoge Ausleseschaltung 40 während eines Voransichtsbetriebes allgemein nur von ausgewählten Spaltenleitungen ausgegebene Pixelsignale verarbeiten.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die analoge Ausleseschaltung 40 eine Mehrzahl von Schaltungen für korrelierte Doppelabtastung (CDS) (nicht dargestellt) enthalten. Jede der Mehrzahl von CDS-Schaltungen kann mit einer entsprechenden der Mehrzahl von Spalteinleitungen 22-1 bis 22-m verbunden sein, korrelierte Doppelabtastung an einem von der entsprechenden Spaltenleitung ausgegebenem Pixelsignal durchführen und ein der korrelierten Doppelabtastung unterworfenes Pixelsignal ausgeben. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die analoge Ausleseschaltung 40 weiter eine Mehrzahl von Analog-Digital-Umsetzer-Schaltungen (nicht dargestellt) enthalten. Die Mehrzahl von Analog-Digital-Umsetzer-Schaltungen können mit einer entsprechenden der Mehrzahl von CDS-Schaltungen verbunden sein und jeweils ein der korrelierten Doppelabtastung unterworfenes Signal in ein digitales Signal umwandeln.
Der Datenausgabeblock 50 kann jedes von der analogen Ausleseschaltung 40 ausgegebene Ausgangssignal D1, D2, ..., Dm verarbeiten und als ein Ausgangssignal DOUT ausgeben. Der Datenausgabeblock 50 kann eine Auswahlschaltung und eine Ausgangsschaltung enthalten.
Die Auswahlschaltung enthält die Mehrzahl von Einheitsauswahlschaltungen 53-1, 53-2, ..., 53-m. Jede der Mehrzahl Einheitsauswahlschaltungen 53-1, 53-2, ..., 53-m kann das jeweilige Auswahlsignal PS1 bis PSm zum Steuern eines Betriebes jeder der in einer jeweiligen Aktivwegschaltung ausgebildeten Schalter 31-1 bis 31-m auf der Grundlage eines entsprechenden der von dem horizontalen Dekodierer 60 ausgegebenen Spaltenauswahlsignale CSEL1, CSEL2, ..., CSELm erzeugen.
Die Ausgangsschaltung kann eine Mehrzahl von Einheitsausgangsschaltungen enthalten. Jede der Mehrzahl von Einheitsausgangsschaltungen kann einen Puffer 51-1 bis 52-m, eine Schaltschaltung 55-1 bis 55-m sowie eine Schaltsteuerschaltung 57-1 bis 57-m enthalten. Jede Schaltsteuerschaltung 57-1 bis 57-m kann eine entsprechende Schaltschaltung 55-1 bis 55-m als Antwort auf ein entsprechendes der von dem horizontalen Dekodierer 60 ausgegebenen Auswahlsignale CSEL1, CSEL2, ..., CSELm ein/aus schalten. Zum Beispiel kann jede Steuerschaltung 57-1 bis 57-m als ein Inverter ausgebildet sein.
Der horizontale Dekodierer 60, der auch eine Spaltendekodierer genannt werden kann, kann von der Zeitsteuerung 70 ausgegebene Spaltenadressen HDA dekodieren und Spaltenauswahlsignale CSEL1, CSEL2, ..., CSELm gemäß einem Dekodierungsergebnis ausgeben.
Die Zeitsteuerung 70 erzeugt als Antwort auf Steuersignale Steuersignale, z. B. mit Zeilenadressen VDA, zum Steuern eines Betriebes des vertikalen Dekodierers/Zeilentreibers 25, zumindest ein Steuersignal zum Steuern eines Betriebes der analogen Ausleseschaltung 40, Steuersignale zum Steuern eines Betriebes des Datenausgabeblockes 50 und Steuersignale, z. B. mit Spaltenadressen HDA, zum Steuern eines Betriebes des horizontalen Dekodierers 60. Die Zeilenadressen VDA können vertikale Dekodiereradressen genannt werden und die Spaltenadressen HDA können horizontale Dekodiereradressen genannt werden.
3 zeigt einen Schaltplan einer in 1 dargestellten Einheitsauswahlschaltung, und 4 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Erklären eines Betriebes des in 1 dargestellten Bildsensors. Jede der Mehrzahl von Einheitsauswahlschaltungen 53-1, 53-2, ..., 53-m ist grundsätzlich im Aufbau gleich. Dementsprechend wird ein Aufbau und ein Betrieb einer Einheitsauswahlschaltung 53-1 wie folgt mit Bezug auf 3 erklärt.
Die Einheitsauswahlschaltung 53-1 enthält einen ersten Schalter 301, einen Inverter 305 und einen Auswahlsignalgenerator 311. Zum Beispiel kann der Auswahlsignalgenerator 311 als eine NAND-Schaltung ausgebildet sein.
Der erste Schalter 301 setzt einen Ausgangsanschluss des Ausgangssignalgenerators 311 auf einen Initialisierungs-Pegel, z. B. einen Masse-Pegel als Antwort auf ein von der Zeitsteuerung 70 ausgegebenes Rücksetzsignal. Der erste Schalter 301 kann als ein NMOS-Transistor ausgebildet sein, der zwischen einen Ausgangsanschluss 303 der Einheitsauswahlschaltung 53-1 und eine Masse geschaltet ist.
Wie in 4 dargestellt kann ein Rücksetzsignal RESET auftreten bevor erste Spaltenadressen HDA eingeben werden. Die ersten Spaltenadressen HDA enthalten Adressen A₀, A₁, A₂, ..., A_n-1, die von der Zeitsteuerung während einer vertikalen Austastlücke z. B. während ein vertikales Synchronisationssignal (VSYNC) einen tiefen Pegel besitzt, wobei n eine natürlich Zahl ist. Die Adressen A₀, A₁, A₂, ..., A_n-1 sind Adressen zum Auswählen einer oder mehrerer auszulesender der Spaltenleitungen z. B. einer oder mehrerer zu aktivierender Spaltenleitungen, von allen in der Pixelmatrix 20 ausgebildeten Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m. Zum Beispiel können die Adressen A₀, A₁, A₂, ..., A_n-1 Adressen zum Auswählen ungeradzahliger Spaltenleitungen, geradzahliger Spaltenleitungen oder Spaltenleitungen eines Vielfachen von K von einer Mehrzahl von Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m sein. Hierbei ist K eine natürliche Zahl größer als zwei.
Ein Ausgangsanschluss 303 der Einheitsauswahlschaltung 53-1 wird durch ein Rücksetzsignal herabgezogen und ein Spannungspegel des Ausgangsanschlusses 309 eines Inverters 305 nimmt einen hohen Pegel an. Daher gibt der Auswahlsignalgenerator 311 ein Auswahlsignal PS1 als Antwort auf einen Spannungspegel des Ausgangsanschlusses 309 des Inverters 305 und auf einen Spannungspegel eines Spaltenauswahlsignals CSEL1 aus.
Wenn zum Beispiel eine erste Spaltenleitung 22-1 nicht ausgewählt ist, wenn es zum Beispiel nicht notwendig ist ein Pixelsignal PX1 der ersten Spaltenleitung 22-1 zu lesen, gibt der horizontale Dekodierer 60 ein erstes Spaltenauswahlsignal CSEL1 mit einem hohen Pegel als Antwort auf erste Adressen A₀ aus. Die NAND-Schaltung 311 der Einheitsauswahlschaltung 53-1 gibt ein erstes Auswahlsignal PS1 mit einem tiefen Pegel aus, so dass ein Schalter 31-1 der mit der ersten Spaltenleitung 22-1 verbundenen Aktivwegschaltung aus geschaltet wird. Dementsprechend tritt kein Pixelsignal PX1 von einem mit der ersten Spaltenleitung 22-1 verbundenen Pixel 21 auf, und die mit der ersten Spaltenleitung 22-1 verbundene analoge Ausleseschaltung 30 kann kein Pixelsignal PX1 der ersten Spaltenleitung 22-1 lesen.
Wenn jedoch die erste Spaltenleitung 22-1 ausgewählt wird, wenn es z. B. notwendig ist, ein Pixelsignal PX1 der ersten Spaltenleitung 22-1 zu lesen, gibt der horizontale Dekodierer 60 ein erstes Spaltenauswahlsignal CSEL1 aus, das als Antwort auf die ersten Adressen A₀ einen Übergang von einem hohen Pegel zu einem tiefen Pegel macht. Anschließend gibt die NAND-Schaltung 311 der Einheitauswahlschaltung 53-1 ein erstes Auswahlsignal PS1 mit einem hohen Pegel aus, so dass ein Schalter 31-1 der mit der ersten Spaltenleitung 22-1 verbundenen Aktivwegschaltung ein geschaltet wird. Dementsprechend wird die erste Spaltenleitung 22-1 durch die Aktivwegschaltung aktiviert, und wenn ein Pixelsignal PX1 von einem mit der ersten Spaltenleitung 22-1 verbundenen Pixel 21 zu der ersten Spaltenleitung 22-1 übertragen wird, kann die analoge Ausleseschaltung 30 cm Pixelsignal PX1 der ersten Spaltenleitung 22-1 lesen.
Die Einheitsschaltung 53-1 kann weiter einen zweiten Schalter 307 enthalten, der als Antwort auf ein Einstellsignal SET geschaltet wird. Der zweite Schalter 307 kann als ein NMOS-Transistor ausgebildet sein, der zwischen einen Ausgangsanschluss 309 des Inverters 305 und eine Masse geschaltet ist. Wenn das Einstellsignal SET mit einem hohen Pegel in den zweiten Schalter 307 eingegeben wird, gibt die NAND-Schaltung 311 der Einheitsauswahlschaltung 53-1 ein erstes Auswahlsignal PS1 mit einem hohen Pegel ohne Rücksicht auf einen Pegel des ersten Spaltenauswahlsignals CSEL1 aus.
Wenn jedoch das Einstellsignal mit einem tiefen Pegel in den Schalter 307 eingegeben wird, kann die NAND-Schaltung 311 der Einheitsauswahlschaltung 53-1 ein erstes Auswahlsignal PS1 mit einem tiefen Pegel oder einem hohen Pegel gemäß einem Pegel des ersten Spaltenauswahlsignals CSEL1 ausgeben. Jeder Betrieb der anderen Einheitsauswahlschaltungen 53-2 bis 53-m ist gleich einem Betrieb der Einheitsauswahlschaltung 53-1, sodass eine detaillierte Beschreibung jedes Betriebes der anderen Einheitsauswahlschaltungen 53-2 bis 53-m weggelassen wird.
Jede der Mehrzahl von Einheitsauswahlschaltungen 53-1, 53-2, ..., 53-m kann 1-Bit-Information speichern, die eine Auswahl/Nicht-Auswahl für jede in der Pixelmatrix 20 ausgebildete Spaltenleitung 22-1 bis 22-m anzeigt. Dementsprechend kann jede der Mehrzahl von Einheitsauswahlschaltungen 53-1, 53-2, ..., 53-m eine Funktion einer Speichervorrichtung durchführen, die 1-Bit-Informationen speichern kann.
Nachdem eine oder mehrere auszulesende Spaltenleitungen von allen in der Pixelmatrix 20 ausgebildeten Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m ausgewählt sind durch in einer vertikalen Austastlücke erzeugte erste Spaltenadressen, werden Zeilenadressen VDA in den vertikalen Dekodierer/Zeilentreiber 25 durch die Zeitsteuerung 70 eingegeben. Die vertikale Austastlücke, die auch vertikaler Austastimpuls genannt werden kann, zeigt eine Zeitdifferenz zwischen einer letzten Zeile eines (aktuellen) Einzelbildes und einer Anfangszeile eines nächsten Einzelbildes an.
Die Zeitsteuerung 70 gibt zweite Spaltenadressen ähnlich den ersten Spaltenadressen an den horizontalen Dekodierer 60 während eines aktiven Intervalls aus, z. B. während das vertikale Synchronisationssignal (VSYNC) auf einem hohen Pegel ist. Anschließend dekodiert der horizontale Dekodierer 60 die zweiten Spaltenadressen und erzeugt eine Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen CSEL1, CSEL2, ..., CSELm.
Der Datenausgabeblock 50 verarbeitet, z. B. Pufferung oder Analog-Digital-Umsetzung, von der analogen Ausleseschaltung 40 ausgegebene Signale als Antwort auf die Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen CSEL1, CSEL2, ..., CSELm und gibt die verarbeiteten Signale aus.
Während die 1 und 3 jedes Spaltenauswahlsignal CSEL1 bis CSELm so darstellen, dass sie low-aktiv sind, sind die Ausführungsbeispiele nicht darauf beschränkt.
Wie oben beschrieben wählt der Bildsensor 10 der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere auszulesende Spaltenleitungen von allen Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m, die in der Pixelmatrix 20 ausgebildet sind, im Voraus aus durch Verwenden von ersten Spaltenadressen (Vor-Spaltenadressen) während einer vertikalen Austastlücke eines Voransichtbetriebes und verarbeitet nur von der einen oder den mehreren zuvor ausgewählten Spaltenleitungen ausgegebene Pixelsignale durch Verwenden von zweiten Spaltenadressen (oder Haupt-Spaltenadressen) ähnlich oder gleich wie die ersten Spaltenadressen während eines aktiven Intervalls des Voransichtbetriebes.
Da dementsprechend der Bildsensor 10 der vorliegenden Erfindung nur von einigen der Spaltenleitungen von allen Spaltenleitungen 21-1 bis 22-m, die in der Pixelmatrix 20 ausgebildet sind, ausgegebene Pixelsignale während eines Voransichtbetriebes verarbeitet, und da die mit den verbleibenden Spaltenleitungen, die nicht gelesen werden müssen, verbundenen Pixel kein Pixelsignal erzeugen, kann eine unnötige Leistungsaufnahme in dem Bildsensor 10 verringert werden.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Bildsensors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Aufbau und ein Betrieb eines Bildsensors 10A aus 5 ist der gleiche wie der Aufbau und Betrieb des in 1 dargestellten Bildsensors 10, außer einem Aktivwegblock 30A, einer analogen Ausleseschaltung 30A und einer Zeitsteuerung 70A. Daher wird unten nur ein Aufbau und ein Betrieb des Aktivwegblockes 30A, der analogen Ausleseschaltung 30A und der Zeitsteuerung 70A diskutiert werden.
Der Aktivwegblock 30A enthält eine Mehrzahl von Aktivwegschaltungen 30B-1, 30B-2, ..., 30B-m. Jede der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen 30B-1, 30B-2, ..., 30B-m ist mit einer jeweiligen der Mehrzahl von Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m, die in der Pixelmatrix 20 ausgebildet sind, verbunden und steuert die Aktivierung/Deaktivierung von der jeweiligen der Mehrzahl von Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m.
Die analoge Ausleseschaltung 40A enthält eine Mehrzahl von CDS-Schaltungen 40-1, 40-2, ..., 40-m. Jede CDS-Schaltung 40-1, 40-2, ..., 40-m ist ein Beispiel einer Schaltung zum Verarbeiten eines von einer entsprechenden der Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m ausgegebenen Pixelsignals.
Die Zeitsteuerung 70a kann ein Aktivwegsteuersignal PS_ENB zum Steuern eines Betriebs der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen 30B-1, 30B-2, ..., 30B-m ausgeben und ein CDS-Steuersignal CDS_ENB zum Steuern eines Betriebes einer Mehrzahl von CDS-Schaltungen 40-1, 40-2, ..., 40-m ausgeben. Das Aktivwegsteuersignal PS_ENB und das CDS-Steuersignal CDS_ENB sind low-aktiv.
6 zeigt einen Teil des in 5 dargestellten Bildsensors. Bezug nehmend auf die 5 und 6 enthält die Aktivwegschaltung 30B-1 eine Schaltsteuerschaltung 101 und einen Schalter 103. Gemäß Ausführungsformen kann die Aktivwegschaltung 30B-1 weiter eine Stromquelle enthalten. Die Aktivwegschaltung 30B-1 kann außerdem einen Pegelschieber 801 enthalten. Gemäß Ausführungsformen kann der Pegelschieber 801 in jeder der Mehrzahl von Einheitsauswahlschaltungen 53-1, 53-2, ..., 53-m ausgebildet sein. Der Pegelschieber 801 ändert einen Pegel eines Auswahlsignals PS1 und gibt ein pegelverschobenes Auswahlsignal PS1' aus.
Die Schaltsteuerschaltung 101 kann das Ein/Aus-Schalten eines Schalters 103 als Antwort auf das Aktivwegsteuersignal PS_ENB und das pegelverschobene Auswahlsignal PS1' steuern. Wenn der Schalter 103 als Antwort auf ein Ausgangssignal einer Schaltsteuerschaltung 101 aus geschaltet wird, werden eine Aktivwegschaltung 30B-1 und eine erste Spaltenleitung 22-1 aktiviert. Eine Schaltsteuerschaltung 101 kann beispielsweise als eine ODER-Schaltung ausgebildet sein. Wenn das Aktivwegsteuersignal PS_ENB auf einem hohen Pegel ist, kann die Schaltsteuerschaltung 101 ein Steuersignal mit einem hohen Pegel an den Schalter 103 ausgeben werden, ungeachtet eines Pegels eines Ausgangsignals PS1' des Pegelschiebers 801. Zum Beispiel kann das Aktivwegsteuersignal PS_ENB einen Voransichtbetrieb gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung steuern.
Eine erste CDS-Schaltung 40-1 enthält einen Komparator 105 zum Vergleichen eine Pixelsignals PX1 mit einem Rampensignal Vramp, eine Schaltsteuerschaltung 107 und einen Schalter 109.
Die Schaltsteuerschaltung 107 gibt ein Steuersignal zum Ein/Aus-Schalten des Schalters 109 als Antwort auf ein CDS-Steuersignal CDS_ENB und ein pegelverschobenes Auswahlsignal PS1' aus. Dementsprechend wird die erste CDS-Schaltung 40-1 ein/aus geschaltet gemäß dem Ein/Aus-Schalten des Schalters 109. Zum Beispiel kann die Schaltsteuerschaltung 107 als eine ODER-Schaltung ausgebildet sein. Wenn zum Beispiel das CDS-Steuersignal CDS_ENB einen tiefen Pegel besitzt, kann der Komparator 105 an/aus als Antwort aus das pelgelverschobene Auswahlsignal PS1' sein.
Da jede CDS-Schaltung 40-1, 40-2, ..., 40-m als Antwort auf ein entsprechendes der pegelverschobenen Auswahlsignale PS1', ... PSm', das einem der Auswahlsignalen PS1, ..., PSm entspricht, aktiviert/deaktiviert werden kann, kann der Bildsensor 10A der vorliegenden Erfindung unnötige Leistungsaufnahme verringern durch Verarbeiten von Pixelsignalen, die von nur einigen der Spaltenleitungen ausgegeben wurden, so dass nicht alle Spaltenleitungen 21-1 bis 22-m, die in der Pixelmatrix 20 ausgebildet sind, ausgewählt werden.
7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer in den 1 und 5 dargestellten Zeitsteuerung, und 8 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der in 7 dargestellten Zeitsteuerung erklärt. Jede Zeitsteuerung 70 oder 70A (gemeinsam 70), die in einem jeweiligen Bildsensor 10 oder 10A (gemeinsam 10) verwendet werden kann, enthält eine Zustandssteuerung zum Steuern eines Betriebs der Zeitsteuerung 70.
Die Zustandssteuerung 71 kann einen Betrieb eines Spaltenadressengenerators 73 als Antwort auf extern, z. B. von einer Zustandsmaschine, eingegebene Steuersignale steuern.
Bezug nehmend auf die 4 und 8 gib der Spaltenadressengenerator 73 während eines Voransichtbetriebes erste Spaltenadressen zum Auswählen einiger der Spaltenleitungen, z. B. der auszulesenden Spaltenleitungen, von allen Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m, die in der Pixelmatrix 20 ausgebildet sind, während einer vertikalen Austastlücke aus (S10).
Der Spaltenadressengenerator 73 gibt zweite Spaltenadressen aus, die ähnlich oder gleich wie die ersten Spaltenadressen sind, während eines aktiven Intervalls (S20). Da der Aktivwegblock 30 oder 30A nur die Spaltenleitungen aktiviert, die von allen in der Pixelmatrix 20 ausgebildeten Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m ausgewählt sind, kann die analoge Ausleseschaltung 40 oder 40A nur die von den ausgewählten Spaltenleitungen ausgegebenen Pixelsignale verarbeiten.
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des in den 1 und 5 dargestellten Bildsensors zeigt. Der Bildsensor 10 der vorliegenden Erfindung wählt eine oder mehrere Spaltenleitungen zum Lesen im Voraus von allen Spaltenleitungen 22-1 bis 22-m aus, die in der Pixelmatrix 20 ausgebildet sind, durch Verwenden von ersten Spaltenadressen während einer vertikalen Austastlücke eines Voransichtbetriebes S110), und verarbeitet nur Pixelsignale, die von einer oder mehreren vorher ausgewählten Spaltenleitungen ausgegeben wurden, durch Verwenden von zweiten Spaltenadressen, die ähnlich oder gleich wie die ersten Spaltenadressen sind, während eines aktiven Intervalls des Voransichtbetriebes (S120).
10 zeigt ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung mit dem in 5.1 dargestellten Bildsensor. Die Bildaufnahme-Vorrichtung (oder Bildeinfang-Vorrichtung) 100 kann eine digitale Kamera, ein Mobiltelefon, ein Smartphone mit der digitalen Kamera und/oder irgendeine elektronische Vorrichtung mit der digitalen Kamera enthalten. Die Bildaufnahmevorrichtung 100 kann zwei-dimensionale Bildinformation oder drei-dimensionale Bildinformation verarbeiten. Die digitale Kamera kann den Bildsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten.
Die Bildaufnahme-Vorrichtung (oder Bildeinfang-Vorrichtung) 100 kann einen Bildsensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie einen Prozessor 110 zum Steuern eines Betriebes des Bildsensors 10 enthalten. Die Bildaufnahmevorrichtung 100 kann weiter eine Schnittstelle 130 enthalten. Die Schnittstelle 130 kann eine Bildanzeigevorrichtung sein. Daher kann die Bildanzeigevorrichtung ein von dem Bildsensor 10 unter einer Steuerung des Prozessors 110 aufgenommene Voransichtsbilds anzeigen.
Die Bildaufnahmevorrichtung 100 kann eine Speichervorrichtung 120 enthalten, die ein Standbild oder ein Video speichert, welche von dem Bildsensor 10 aufgenommen wurden. Die Speichervorrichtung 120 kann als eine nicht flüchtige Speichervorrichtung ausgebildet sein. Die nicht flüchtige Speichervorrichtung kann eine Mehrzahl von nicht flüchtigen Speicherzeilen enthalten.
Die nicht flüchtigen Speicherzeilen können als ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM), als ein Flash-Speicher, als ein Magnetischer RAM (MRAM), als ein SDT-MRAM, als ein Conductive-Brigdging-RAM (CPRAM), ein Ferroelektrischer RAM (FeRAM), ein Phasenwechsel-RAM (PRAM), als ein Resistiver RAM (RRAM oder ReRAM), als ein Nanotube-RRAM, als ein Polymer-RAM (PoRAM), als ein Nano-Floating-Gate-Speicher (NFGM), als ein Holografischer Speicher, als eine Molekularelektronikspeichervorrichtung oder als ein Isolator-Widerstandsänderungsspeicher ausgebildet sein.
Der Bildsensor gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wählt einige Spaltenleitungen aus zum Aktivieren im Voraus von allen Spaltenleitungen, die in der Pixelmatrix ausgebildet sind, während eines Voransichtbetriebes und verarbeitet nur Pixelsignale, die von den ausgewählten Spaltenleitungen ausgegeben werden, sodass die von dem Bildsensor aufgenommene Leistung verringert werden kann.
Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden allgemeinen Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, wird es vom Fachmann erkannt werden, dass Änderungen bei diesen Ausführungsbeispielen gemacht werden können ohne von den Grundsätzen und der Idee der vorliegenden allgemeinen Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den angehängten Ansprüchen und mit ihren Äquivalenten definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2009-0084735 [0001]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Bildsensors (10) mit: Aktivieren eines auszulesenden Teils der Spaltenleitungen von allen Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m), die in einer Pixelmatrix (20) ausgebildet sind, durch Verwenden von Spaltenadressen während einer vertikalen Austastlücke, wobei die vertikale Austastlücke eine Zeitdifferenz zwischen einer letzten Zeile eines aktuellen Einzelbilds und einer Anfangszeile eines nächsten Einzelbilds anzeigt; und Verarbeiten von Pixelsignalen, die von den aktivierten Spaltenleitungen abgegeben wurden, durch Verwenden der Spaltenadressen während eines der vertikalen Austastlücke folgenden aktiven Intervalls.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aktivieren und das Verarbeiten während eines Voransichtbetriebs durchgeführt werden, wobei der Voransichtbetrieb verwendet wird zum Aufnehmen eines ersten Bilds eines Objekts mit einer geringeren Auflösung als ein endgültiges Bild des aufzunehmenden Objekts.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit: Aktivieren eines Teils der CDS-Schaltungen von einer Mehrzahl von CDS-Schaltungen (40-1, 40-2, ..., 40-m) durch Verwenden der Spaltenadressen.
Bildsensor mit: einer Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m), von denen jede mit einem entsprechenden von einer Mehrzahl von Pixeln (21) verbunden ist; einer Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m), von denen jede mit einer entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) verbunden ist; und einer Auswahlschaltung (53-1, 53-2, ..., 53-m), die ausgebildet ist zum Aktivieren eines Teils der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m) auf der Grundlage einer Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen.
Bildsensor nach Anspruch 4, wobei jede der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m) aufweist: einen Schalter (103), der zwischen eine entsprechende der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) und eine Masse geschaltet ist; einen Pegelschieber (801), der ausgebildet ist zum Verschieben eines Pegels eines auf der Grundlage eines entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen erzeugten Auswahlsignals; und eine Schaltsteuerschaltung (101), die ausgebildet ist zum Steuern eines Betriebs des Schalters (103) auf der Grundlage eines Steuersignals und eines Ausgangssignals des Pegelschiebers (801), wobei das Auswahlsignal durch die Auswahlschaltung (53-1, 53-2, ..., 53-m) erzeugt wird.
Bildsensor nach Anspruch 5, wobei die Schaltsteuerschaltung (101) eine ODER-Schaltung ist.
Bildsensor nach Anspruch 4, weiter mit: einer Zeitsteuerung (700), die ausgebildet ist zum Erzeugen und Ausgeben von Spaltenadressen während einer vertikalen Austastlücke, wobei die vertikale Austastlücke eine Zeitdifferenz anzeigt zwischen einer letzten Zeile eines aktuellen Einzelbildes und einer Anfangszeile eines nächsten Einzelbildes; und einem Spaltendekodierer (60), der ausgebildet ist zum Dekodieren der Spaltenadressen und ausgebildet ist zum Erzeugen der Mehrzahl von Spaltensignalen.
Bildsensor nach Anspruch 4, weiter mit: einer Ausleseschaltung (40), die ausgebildet ist zum Lesen von Pixelsignalen, die von mit den aktivierten Aktivwegschaltungen verbundenen Spaltenleitungen von der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) ausgegeben sind.
Bildsensor nach Anspruch 8, wobei die Ausleseschaltung (40) mit der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) verbunden ist und eine Mehrzahl von Schaltungen (40-1, 40-2, ..., 40-m) für korrelierte Doppelabtastungen enthält, die auf der Grundlage eines entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen zumindest aktiviert oder deaktiviert werden.
Bildsensor nach Anspruch 4, wobei die Auswahlschaltung (53-1, 53-2, ..., 53-m) eine Mehrzahl von Auffangregister-Schaltungen enthält, von denen jede ausgebildet ist zum Halten eines zugehörigen Signals auf der Grundlage eines entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen.
Bildsensor nach Anspruch 10, wobei jede der Mehrzahl von Auffangregisterschaltungen aufweist: einen Auswahlsignalgenerator (311), der ausgebildet ist zum Empfangen eines entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen und eines Inversionssignals, und der ausgebildet ist zum Ausgeben eines entsprechenden der zugehörigen Signale; einen Inverter (305), der ausgebildet ist zum Ausgeben des Inversionssignals als Antwort auf ein Ausgabesignal des Auswahlsignalgenerators (311); und einen ersten Schalter (301), der zwischen einem Ausgangsanschluss des Auswahlsignalgenerators (311) und eine Masse geschaltet ist, und der als Antwort auf ein Rücksetzsignal geschaltet wird.
Bildsensor nach Anspruch 11, wobei jede der Mehrzahl von Auffangregisterschaltungen weiter aufweist: einen zweiten Schalter (307), der zwischen einem Ausgangsanschluss des Inverters (305) und die Masse geschaltet ist, und der als Antwort auf ein Einstellsignal geschaltet wird.
Bildsensor nach Anspruch 4, wobei zumindest eines der Mehrzahl von Pixeln (21) ein Tiefenpixel ist, das ausgebildet ist zum Erzeugen einer Fotoladung, die Wellenlängen eines Infrarotlichtspektrums entspricht.
Bildsensor nach Anspruch 4, weiter mit: einer Zeitsteuerung (70), die nach dem Ausgeben erster Spaltenadressen zum Aktivieren eines Teils der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) ausgebildet ist zum Ausgeben von zweiten Spaltenadressen, die gleich den ersten Spaltenadressen sind zum Übertragen von Pixelsignalen, welche von den aktivierten Spaltenleitungen ausgegeben sind, an eine Ausleseschaltung (40).
Bildsensor nach Anspruch 14, wobei die Zeitsteuerung (70) aufweist: einen Spaltenadressengenerator (73), der ausgebildet ist zum Ausgeben der ersten Spaltenadressen während einer vertikalen Austastlücke, wobei die vertikale Austastlücke eine Zeitdifferenz zwischen einer letzten Zeile eines aktuellen Einzelbildes und einer Anfangszeile eines nächsten Einzelbildes anzeigt, und der ausgebildet ist zum Erzeugen und Ausgeben der zweiten Spaltenadressen während eines auf die vertikale Austastlücke folgenden aktiven Intervalls.
Bildsensor nach Anspruch 14, weiter mit: einem Spaltendekodierer (60), der ausgebildet ist zum Dekodieren der ersten Spaltenadressen und der ausgebildet ist zum Erzeugen einer Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen; einer Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m), von denen jede mit einer entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) verbunden ist; und einer Auswahlschaltung (53-1, 53-2, ..., 53-m), die ausgebildet ist zum Aktivieren eines Teils der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m) auf der Grundlage der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen zum Aktivieren des Teils der Spaltenleitungen.
Bildsensor nach Anspruch 16, wobei jede der Mehrzahl von Aktivwegschaltungen (30B-1, 30B-2, ..., 30B-m) aufweist: einen Schalter (103), der zwischen eine entsprechende der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) und eine Masse geschaltet ist; einen Pegelschieber (801), der ausgebildet ist zum Verschieben eines Pegels eines Aktivierungssignals, das auf der Grundlage eines entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen erzeugt ist; und eine Schaltsteuerschaltung (101), die ausgebildet ist zum Steuern eines Betriebs des Schalters (103) auf der Grundlage eines Aktivwegsteuersignals und eines Ausgangssignals des Pegelschiebers (801).
Bildsensor nach Anspruch 16, weiter mit: einer Mehrzahl von Schaltungen (40-1, 40-2, ..., 40-m) für korrelierte Doppelabtastungen, die entsprechend mit der Mehrzahl von Spaltenleitungen (22-1, 22-2, ..., 22-m) verbunden ist, wobei jede der Mehrzahl von Schaltungen (40-1, 40-2, ..., 40-m) für korrelierte Doppelabtastung zumindest aktiviert oder deaktiviert wird als Antwort auf ein Signal, das zu einem entsprechenden der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen gehört.
Bildaufnahmevorrichtung mit: einem Bildsensor (10) nach Anspruch 4; und einem Prozessor (110), der ausgebildet ist zum Steuern eines Betriebs des Bildsensors (10).
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Bildsensor (10) weiter aufweist: eine Zeitsteuerung (70), die ausgebildet ist zum Erzeugen und Ausgeben von Spaltenadressen während einer vertikalen Austastlücke, wobei die vertikale Austastlücke eine Zeitdifferenz anzeigt zwischen einer letzten Zeile eines aktuellen Einzelbildes und einer Anfangszeile eines nächsten Einzelbildes; und einen Spaltendekodierer (60), der ausgebildet ist zum Dekodieren der Spaltenadressen und Erzeugen der Mehrzahl von Spaltenauswahlsignalen.